本文關(guān)鍵詞： 負(fù)載型納米陣列 催化劑 水解 氫氣 中性析氧　出處：《青島大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氫氣因?yàn)槠渚哂谐叩臒嶂?廣泛的來源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)而受到越來越多的關(guān)注,尤其是在新能源飛速發(fā)展的21世紀(jì),氫氣的制備、存儲(chǔ)和釋放一直是被人們研究的重點(diǎn)。氫氣的制備方法有很多種,電解水和水解含氫化合物是制備氫氣常用的兩種方式,比傳統(tǒng)工業(yè)上使用的水煤氣法更具有環(huán)保和成本優(yōu)勢(shì)。而無論是電解還是水解反應(yīng)都離不開催化劑的應(yīng)用。過渡金屬納米陣列具有成本低,比表面積大,活性高等特點(diǎn),在催化硼氫化鈉(Na BH4)、氨硼烷(NH3BH3)等含氫化合物的水解制氫和催化電解領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。在本論文中,通過水熱法、熱處理法及低溫保型磷化法分別制備了負(fù)載型堿式碳酸鈷(CCH)、四氧化三鈷(Co3O4)和磷化鈷(Co P)納米陣列,并將其應(yīng)用于在可控催化Na BH4和NH3BH3水解制氫方面,更進(jìn)一步的研究是應(yīng)用負(fù)載型的氧化銅(Cu O)納米陣列催化NH3BH3的醇解反應(yīng)。同時(shí),還研究了負(fù)載型CCH@Co-Pi核殼納米陣列和Co P@Co-Bi-Pi納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原位法制備及其在中性和近中性電解液中的催化析氧反應(yīng)的性能。具體內(nèi)容如下:1.通過一步水熱法制備了CCH納米陣列,研究發(fā)現(xiàn)該納米陣列在催化Na BH4水解的過程中能夠逐漸轉(zhuǎn)化為一種納米結(jié)構(gòu)的無定型Co Bx催化相,該類催化劑對(duì)Na BH4的水解具有非常高的催化活性,優(yōu)于大多數(shù)的粉體催化劑。由于該催化劑由納米陣列原位轉(zhuǎn)化而來,因此具有較高的比表面積,能夠暴露更多的活性位點(diǎn),其催化Na BH4水解制氫速率高達(dá)4000 m L min-1 gcat-1,反應(yīng)活化能(Ea)只有39.78k J mol-1。2.在上述研究的基礎(chǔ)上,將CCH納米陣列在空氣氛圍中進(jìn)行了高溫?zé)崽幚?得到了Co3O4納米陣列,該陣列同樣對(duì)Na BH4的水解具有很高的催化活性,產(chǎn)氫速率高達(dá)1940 m L min-1 gcat-1,反應(yīng)活化Ea為59.84 k J mol-1。與CCH納米陣列不同的是,Co3O4納米陣列表現(xiàn)出更高的催化穩(wěn)定性,主要是因?yàn)榻?jīng)過熱處理之后,納米陣列更加穩(wěn)固,只有納米線表面部分轉(zhuǎn)化為Co Bx催化相,陣列不會(huì)坍塌。3.在上述研究的基礎(chǔ)上,將CCH納米陣列通過低溫保型磷化的方法轉(zhuǎn)化為Co P納米陣列,而磷元素的引入,使得納米陣列具有更高的催化水解性能。研究發(fā)現(xiàn),Co P納米陣列基本不需要活化,不僅對(duì)Na BH4水解有很高的催化活性(6500 m L min-1 gcat-1,41 k J mol-1),而且對(duì)NH3BH3的水解也具有較高的催化性能(4000 m L min-1 gcat-1,40.9 k J mol-1),同時(shí)Co P納米陣列在催化過程中表現(xiàn)出較高的催化穩(wěn)定性。4.氨硼烷的醇解制氫同樣有著非常巨大的應(yīng)用潛力,用甲醇作溶劑的比用水作溶劑具有更多的優(yōu)點(diǎn):醇解反應(yīng)不會(huì)有氨氣產(chǎn)生,反應(yīng)產(chǎn)物可以回收用于氨硼烷的生產(chǎn),同時(shí)具有更好的耐低溫性能。因此,在上述研究的基礎(chǔ)上,我們利用原位氧化法制備了泡沫銅負(fù)載的氫氧化銅(Cu(OH)2)納米線,并進(jìn)一步通過熱處理的方式轉(zhuǎn)化為Cu O納米線。研究發(fā)現(xiàn),這種負(fù)載型的Cu O納米線對(duì)NH3BH3的醇解反應(yīng)具有很好的催化效果(4629 m L min-1 g Cuo-1,38.97 k J mol-1)及催化穩(wěn)定性。以上負(fù)載型陣列催化劑相比大多數(shù)的粉體催化劑不僅具有較高的面積和催化活性,同時(shí)能夠快速的與溶液進(jìn)行分離,實(shí)現(xiàn)水解和醇解反應(yīng)的可控性。另一方面,電解水是制備氫氣的另外一種常見方法,而水的電解分為析氫和析氧兩部分反應(yīng),其中析氧反應(yīng)由于其需要有更高的理論電勢(shì)而成為制約電解水的瓶頸。如何高效的催化析氧反應(yīng)(水氧化)是近年來研究的重點(diǎn)。而中性溶液由于其對(duì)設(shè)備的腐蝕危害小,要求低,因此在中性水溶液中的催化析氧反應(yīng)更是研究的重中之重�；诖宋覀冞�進(jìn)行了以下工作:5.將鈦網(wǎng)負(fù)載的CCH納米陣列通過電化學(xué)原位轉(zhuǎn)化的方式,在磷酸鹽緩沖溶液(PBS,p H=7.0)中轉(zhuǎn)化為一種具有高效催化中性析氧反應(yīng)的鈷的磷酸鹽類復(fù)合結(jié)構(gòu)的催化劑Co-Pi,形成了一種負(fù)載型CCH@Co-Pi核殼納米陣列的高效催化劑。在0.1 M PBS中,其電流密度達(dá)到10 m A cm-2所需要的析氧過電位僅為460 m V,同時(shí)能夠在較長時(shí)間內(nèi)保持其催化穩(wěn)定性。6.在前一研究的基礎(chǔ)上,將Co P納米陣列應(yīng)用于催化近中性電解液(硼酸鉀溶液,KBi,p H=9.2)中的析氧反應(yīng)。同樣經(jīng)過原位電化學(xué)轉(zhuǎn)化后發(fā)現(xiàn),Co P納米陣列轉(zhuǎn)化為一種負(fù)載型具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Co P@Co-Bi-Pi核殼催化劑。這種特殊結(jié)構(gòu)的催化劑對(duì)KBi溶液中的析氧反應(yīng)具有很好的催化效果。在0.1 M KBi中,其電流密度達(dá)到10 m A cm-2所需要的析氧過電位僅為410 m V。同時(shí)也能夠在較長時(shí)間內(nèi)保持其催化穩(wěn)定性。以上負(fù)載型納米陣列結(jié)構(gòu)用于催化電解水中的析氧反應(yīng)能夠表現(xiàn)出如此優(yōu)越的性能,一方面是因?yàn)榇呋瘎┍旧淼奶匦?另外一方面是因?yàn)槠渚哂腥S的納米陣列結(jié)構(gòu),相比二維薄膜催化劑具有更高的比表面積,能夠暴露更多的活性位點(diǎn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曹立新;閆培生;孫克寧;D.W.Kirk;;納米陣列電極研究[J];化學(xué)進(jìn)展;2008年09期

2 劉霞;;利用納米陣列技術(shù) 基因測(cè)序成本降至5000美元[J];科學(xué)咨詢(決策管理);2009年12期

3 林莎莎;鐘福新;;一維納米陣列的制備及其在傳感器中的應(yīng)用[J];梧州學(xué)院學(xué)報(bào);2009年06期

4 王斌;羊鉞;劉磊;;基于泊肅葉公式的納米陣列孔徑測(cè)量[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2011年04期

5 左娟,孫嵐,林昌健;納米陣列結(jié)構(gòu)功能材料的制備、性質(zhì)及應(yīng)用[J];電子元件與材料;2003年12期

6 郭子政;宣志國;張?jiān)荷?安彩虹;;納米陣列膜磁性質(zhì)的蒙特卡羅模擬[J];信息記錄材料;2008年03期

7 李會(huì)峰;黃運(yùn)華;張躍;高祥熙;趙婧;王建;;摻銦氧化鋅納米陣列的制備、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究[J];物理學(xué)報(bào);2009年04期

8 ;創(chuàng)新地圖[J];IT經(jīng)理世界;2012年07期

9 王宇;劉浪;吳大平;郭玉忠;王劍華;;納米陣列和納米晶薄膜錫電極性質(zhì)的電化學(xué)研究[J];稀有金屬材料與工程;2012年09期

10 林紅巖;于翠艷;許濤;;氧化鋁模板制備鎳納米陣列[J];新技術(shù)新工藝;2006年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 甘小燕;李效民;高相東;邱繼軍;諸葛福偉;;一維半導(dǎo)體納米陣列的制備及其在太陽電池中的應(yīng)用[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

2 吳明Z;楊賢鋒;趙豐華;周強(qiáng);田俐;;氧化物納米陣列材料的液相制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控[A];第十二屆固態(tài)化學(xué)與無機(jī)合成學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

3 楊秋;劉熙俊;劉軍楓;孫曉明;;多級(jí)納米陣列及其催化性能研究[A];中國化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第34分會(huì)：納米催化[C];2014年

4 楊秋;陸之毅;李甜;劉軍楓;孫曉明;;多層級(jí)納米陣列的合成及其超電容性能研究[A];中國化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第24分會(huì)：化學(xué)電源[C];2014年

5 唐紀(jì)琳;Andreas Ebner;Uwe B.Sleytr;Nicola Ilk;Peter Hinterdorfer;;基于功能化S-層蛋白納米陣列的單分子識(shí)別[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第09分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

6 陳鵬磊;高鵬;劉鳴華;;氣/液二維界面上的超分子組裝：構(gòu)鍵規(guī)則微/納米陣列結(jié)構(gòu)的簡單便捷的方法[A];中國化學(xué)會(huì)第十一屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

7 安哲;何靜;;水滑石納米陣列納微結(jié)構(gòu)提高酶電子傳遞性能[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第1分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

8 季書林;葉長輝;張立德;;復(fù)配無機(jī)光吸附層的垂直排列的氧化物納米陣列太陽能電池研究進(jìn)展[A];安徽新能源技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展博士科技論壇論文集[C];2010年

9 孫萍;徐嶺;趙偉明;李衛(wèi);徐駿;馬忠元;黃信凡;陳坤基;;基于膠體球刻蝕法制備的有序半導(dǎo)體納米陣列及其光學(xué)性質(zhì)的研究[A];第十六屆全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

10 倪賽力;常永勤;陳喜紅;張寅虎;多永正;強(qiáng)文江;龍毅;;氧化鋅納米陣列場(chǎng)發(fā)射性能研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2）[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 ;納米陣列實(shí)現(xiàn)Tb級(jí)存儲(chǔ)密度[N];計(jì)算機(jī)世界;2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 陸之毅;納米陣列合成及其電化學(xué)性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

2 楊秋;多層級(jí)納米陣列的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

3 王霖;SiC納米陣列結(jié)構(gòu)調(diào)控及其場(chǎng)發(fā)射特性研究[D];北京科技大學(xué);2016年

4 郭迪;金屬氧化物納米陣列結(jié)構(gòu)的合成及其超電容性能的研究[D];湖南大學(xué);2015年

5 劉陽;氧化鋅納米陣列紫外探測(cè)增強(qiáng)效應(yīng)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

6 崔亮;負(fù)載型納米陣列的制備及其在催化水解制氫和電化學(xué)析氧反應(yīng)中的應(yīng)用研究[D];青島大學(xué);2017年

7 周張凱;貴金屬納米陣列等離激元光學(xué)性質(zhì)研究[D];武漢大學(xué);2011年

8 邊捷;納米陣列圖案表面浸潤性研究[D];南京大學(xué);2014年

9 任鑫;一維TiO_2與ZnO納米陣列的設(shè)計(jì)、制備及性能研究[D];上海交通大學(xué);2011年

10 周正基;一維單晶TiO_2納米陣列的可控制備及其在太陽能電池中的應(yīng)用研究[D];河南大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 翁習(xí)文;過渡金屬氧化物納米陣列的設(shè)計(jì)合成與性能研究[D];北京化工大學(xué);2013年

2 滕翼;Cu/Fe表面修飾TiO_2納米陣列的制備及光催化性能的研究[D];清華大學(xué);2014年

3 李湘奇;ZnO納米陣列的制備、改性及性能研究[D];西南交通大學(xué);2015年

4 張永輝;模板法構(gòu)筑銀膜陷阱結(jié)構(gòu)及其在抑制微放電中的應(yīng)用[D];陜西科技大學(xué);2015年

5 韓建華;ZnO/硫化物核/殼納米陣列及其光伏性能研究[D];天津城建大學(xué);2015年

6 李敏;稀土/聚氨酯納米陣列發(fā)光材料的制備及性能研究[D];鄭州輕工業(yè)學(xué)院;2015年

7 呂朋雨;基于單分子蛋白質(zhì)測(cè)序芯片的研究[D];上海交通大學(xué);2015年

8 楚家玉;Ag/N-TiO_2納米陣列的制備及表面等離激元誘導(dǎo)偶聯(lián)反應(yīng)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 鄭遠(yuǎn)川;碳化蝶翅及其復(fù)合材料的制備和性能研究[D];西南科技大學(xué);2015年

10 張成龍;多級(jí)納米陣列結(jié)構(gòu)光電陽極材料的制備及性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1527176