一維納米材料即納米纖維,其特殊的形態(tài)使它具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及表面效應(yīng)等特異效應(yīng),因此在近些年來引起了廣泛的關(guān)注。正是因?yàn)檫@些有別于傳統(tǒng)材料的特異之處,使其在微電子,化工,醫(yī)學(xué)以及分子組裝等方面有著極其廣泛的應(yīng)用價值和前景。隨著科學(xué)研究在納米尺度的逐漸深入,發(fā)現(xiàn)納米纖維具有突出的機(jī)械穩(wěn)定性,而且顆粒尺度的減小使得單位質(zhì)量的比表面積增大,潛在的活性位點(diǎn)增多。因此,納米纖維材料催化劑在工業(yè)上的應(yīng)用變得越來越重要,其中金屬納米材料的應(yīng)用較為廣泛,尤其是鎳具有活性高,來源廣,廉價易得等優(yōu)勢,成為了常用的催化劑活性金屬。并且有研究表明利用金屬間的相互作用和增大比表面積均可以提高催化劑的活性。因此,綜合了納米纖維的特性和工業(yè)催化生產(chǎn)的要求,本文研究并開發(fā)了對催化制氫具有高效,穩(wěn)定且工藝簡單的鎳基納米纖維催化劑:（1）以Ni Ac和Co（NO₃）₂·6H₂O在無水乙醇中制備前驅(qū)體溶液,以HAc作為水解抑制劑,調(diào)節(jié)Ni,Co比例。在靜電紡絲機(jī)參數(shù)為60KV和15cm下制備合成納米纖維,然后在500℃真空下原位還原得到Ni Co... 

【文章來源】：西北大學(xué)陜西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同的靜電紡絲技術(shù)：（a）基于針頭式；（b）基于線式；以及（c）使用旋轉(zhuǎn)的圓柱體式[4]

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文4然而，自然界中的氫都以單原子的離子形式存在，并不是可以直接利用的雙原子氫氣，化學(xué)儲氫和水制氫是理想的氫氣來源。在最近幾年中，已經(jīng)開發(fā)了許多可以物理或化學(xué)存儲氫的材料。比如硼氫化鈉（NaBH4），氨硼烷（NH3BH3）和肼硼烷（N2H4BH3）是其中的一些代表。研究表明，NaBH4是一種非常有應(yīng)用前景的化學(xué)氫化物，在水解時可釋放4倍當(dāng)量的H2。硼氫化鈉本身的儲氫量達(dá)到10.6wt%，其飽和水溶液的儲氫量也可達(dá)7.4wt%，且產(chǎn)生的氫氣純度高，反應(yīng)易于控制。其反應(yīng)方程式為：NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑，可見硼氫化鈉水解不僅釋放自身所攜帶的氫，且能同時帶出水中的氫質(zhì)子。副產(chǎn)物NaBO2對環(huán)境無害且可以回收利用，放熱的硼氫化鈉水解制氫反應(yīng)在常溫下就可以進(jìn)行，且不需要額外的能量輸入，其應(yīng)用前景如圖1.2所示。研究表明，Pd和Rh等貴金屬對硼氫化鈉水解展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，然而其天然的稀缺性使其難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。因此，現(xiàn)在的主要研究方向是開發(fā)非貴金屬基的高效催化劑。在這方面，儲量大，價格便宜的過渡族金屬如Ni，Co，Mo等在催化方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。且隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，納米尺度的材料受到了越來越多的關(guān)注，高比表面積使得材料的單位體積內(nèi)具有更多的活性位點(diǎn)。理想的催化劑和可靠的儲氫材料結(jié)合成安全，可控，高效和經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)變得越來越觸手可及。圖1.2硼氫化鈉水解制氫前景示意圖Fig1.2Prospectofhydrogenproductionbysodiumborohydridehydrolysis1.3.2硼氫化鈉水解制氫的發(fā)展歷程硼氫化鈉這種化合物是由H·C·Brown和Schlesinger的課題組于1942年在芝加哥H2energyvehicleLoaddemandH2production

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖1.3在酸性和堿性溶液中氫在電極表面上析出的機(jī)理[47]。Fig1.3Mechanismofhydrogenprecipitationontheelectrodesurfaceinacidicandalkalinesolutions[47]第一步是Volmer反應(yīng)（方程式1.11和1.12），關(guān)于質(zhì)子與電子的反應(yīng)，在電極材料表面（M）上產(chǎn)生吸附的氫原子（H*）。質(zhì)子源分別是在酸性和堿性電解質(zhì)中的水合氫陽離子（H3O+）和水分子。隨后，可以通過Heyrovsky反應(yīng)（方程式1.13和1.14）或Tafel反應(yīng)（方程式1.15）或者兩者同時發(fā)生形成H2。在Heyrovsky步驟中，另一個質(zhì)子擴(kuò)散到H*，然后與第二電子反應(yīng)生成H2。在Tafel步驟中，附近的兩個H*在電極表面上結(jié)合以釋放出H2�？傮wHER可以寫成[47]：（1）電化學(xué)氫吸附(Volmer反應(yīng))3++++2(酸性介質(zhì))(1.11)2+++(堿性介質(zhì))(1.12)（2）電化學(xué)解析(Heyrovsky反應(yīng))+++2+(酸性介質(zhì))(1.13)2++2++(堿性介質(zhì))(1.14)（3）化學(xué)解析(Tafel反應(yīng))2M2+2(酸性和堿性溶液)(1.15)塔菲爾斜率（b）表示增加或減少10倍電流密度所需的電勢差，這在一定程度上表明了HER過程的機(jī)理[47]。當(dāng)Volmer或放電反應(yīng)迅速且化學(xué)解吸（組合）反應(yīng)是決定速率的步驟時，應(yīng)觀察到在25℃時b為29mVdec-1并由下式(1.16)給出：b=2.32=0.029Vdec-1(1.16)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Design strategies of highly selective nickel catalysts for H2 production via hydrous hydrazine decomposition: a review[J]. Lei He,Binglian Liang,Yanqiang Huang,Tao Zhang.  National Science Review. 2018(03)
[2]硼氫化鈉水解制氫金屬催化劑的研究進(jìn)展[J]. 謝廣文,王麗娜,李忠.  青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(01)
[3]硼氫化鈉水解制氫[J]. 徐東彥,張華民,葉威.  化學(xué)進(jìn)展. 2007(10)



本文編號：3239750