本文關(guān)鍵詞：MOFs催化劑制備及其低溫電催化合成氨性能

  更多相關(guān)文章： 電化學(xué)合成氨 電催化劑 MOFs 對(duì)二苯甲酸 咪唑

【摘要】：氨是一種重要的化工產(chǎn)品,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有著不可或缺的地位。傳統(tǒng)的合成氨工藝存在單程轉(zhuǎn)化率較低、能耗較大以及生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體CO2等問(wèn)題。而低溫電化學(xué)催化合成氨具有能耗較低、合成氨過(guò)程中安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),引起了極大的關(guān)注。其中,性能優(yōu)越,價(jià)格低廉的催化劑對(duì)推進(jìn)電化學(xué)催化合成氨起至關(guān)重要的作用。金屬有機(jī)骨架(MOFs)具有極高的比表面積、結(jié)構(gòu)和性能可調(diào)等優(yōu)點(diǎn),是一種優(yōu)異的催化材料。本論文分別采用硝酸鐵、硝酸銅和醋酸鉆作為前驅(qū)體,均苯三甲酸、對(duì)二苯甲酸和咪唑?yàn)橛袡C(jī)配體,采用水熱合成法成功合成了MOF(Cu-BTC),MOF(Fe-BTC)和MOF(Co)等催化劑。利用XRD、XPS和FTIR等分析手段對(duì)催化劑進(jìn)行了表征分析,并評(píng)價(jià)了這些MOFs催化劑的低溫電化學(xué)合成氨性能。結(jié)果表明,Fe和Cu都是與金屬-O鍵配位而形成配合物,Co是與咪唑中的N配位成鍵,三種催化劑都具有良好的晶型,且均表現(xiàn)出良好的配位結(jié)構(gòu)。這三種催化劑對(duì)低溫下電化學(xué)合成氨反應(yīng)都具有良好的催化作用。在相同實(shí)驗(yàn)條件下,MOF(Fe-BTC)催化劑的合成氨速率是最高的,在80℃和1.0 V電壓下,以純氮?dú)鉃樵蠚鈺r(shí),合成氨速率可以達(dá)到1.072×10-9mol·cm-2·s-1,電流效率為4.11%;MOF(Cu-BTC)催化劑的最適宜電壓為1.2 V,最高合成氨速率可以達(dá)到4.58×10-10 mol·s-1·cm-2,電流效率為1.74%。MOF(Co)催化劑的最適宜電壓為1.2 V,合成氨速率最高可以達(dá)到8.53×10-10 mol·s-1·cm-2,電流效率為2.23%;MOF(Fe-H2BDC)催化劑在以空氣為原料氣反應(yīng)時(shí),最適宜電壓為1.2 V,合成氨速率最高可以達(dá)到6.763×10-10 mol·s-1·cm-2,電流效率為1.51%。論文將MOFs材料作為催化劑應(yīng)用于低溫電化學(xué)合成氨,不僅拓展了MOFs在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,而且為發(fā)展高性能的電化學(xué)合成氨催化劑提供了新途徑。
【關(guān)鍵詞】：電化學(xué)合成氨 電催化劑 MOFs 對(duì)二苯甲酸 咪唑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 前言15-17
• 1.2 電化學(xué)合成氨17-19
• 1.2.1 高溫電化學(xué)合成氨18
• 1.2.2 低溫電化學(xué)合成氨18-19
• 1.3 低溫電化學(xué)合成氨催化劑19-21
• 1.3.1 貴金屬催化劑19-20
• 1.3.2 非貴金屬催化劑20-21
• 1.3.3 有機(jī)金屬骨架催化劑21
• 1.4 結(jié)論與展望21-22
• 1.5 課題研究思路和研究?jī)?nèi)容22-25
• 1.5.1 研究意義22-23
• 1.5.2 研究思路23-24
• 1.5.3 研究?jī)?nèi)容24-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分25-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.3 催化劑制備26-27
• 2.3.1 MOF(Fe)的制備26-27
• 2.3.2 MOF(Co)的制備27
• 2.3.3 MOF(Cu)的制備27
• 2.4 結(jié)構(gòu)表征27-28
• 2.4.1 傅里葉變換紅外光譜27-28
• 2.4.2 X-射線衍射28
• 2.4.3 氮?dú)馕?脫附28
• 2.4.4 X-射線電子能譜28
• 2.5 合成氨性能評(píng)價(jià)28-33
• 2.5.1 評(píng)價(jià)裝置28-30
• 2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立30-31
• 2.5.3 合成氨性能評(píng)價(jià)31-33
• 第三章 MOF(Fe)的電催化合成氨性能33-53
• 3.1 MOF(Fe-BTC)催化劑的制備33-34
• 3.2 MOF(Fe)催化劑結(jié)構(gòu)表征34-38
• 3.2.1 傅里葉變換紅外光譜34-35
• 3.2.2 X-射線衍射35-36
• 3.2.3 氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)36-37
• 3.2.4 XPS分析37-38
• 3.3 電催化合成氨工藝優(yōu)化38-45
• 3.3.1 催化劑配比對(duì)合成氨性能影響38-41
• 3.3.2 氣速對(duì)合成氨性能的影響41-42
• 3.3.3 電壓對(duì)合成氨性能的影響42-44
• 3.3.4 溫度對(duì)合成氨性能的影響44-45
• 3.4 電催化合成氨性能45-50
• 3.4.1 不同電壓下電催化合成氨性能45-46
• 3.4.2 不同溫度下電催化合成氨性能46-48
• 3.4.3 電催化合成氨電流效率48-49
• 3.4.4 交流阻抗測(cè)試49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-53
• 第四章 MOF(Cu)及MOF(Co)電催化合成氨性能53-75
• 4.1 引言53
• 4.2 催化劑的制備53-55
• 4.2.1 MOF(Cu)催化劑的制備53-54
• 4.2.2 MOF(Co)催化劑的制備54-55
• 4.3 催化劑的結(jié)構(gòu)表征55-61
• 4.3.1 傅里葉變換紅外光譜55-56
• 4.3.2 X-射線衍射56-57
• 4.3.3 氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)57-58
• 4.3.4 XPS分析58-61
• 4.4 MOF(Cu)和MOF(Co)的合成氨性能61-73
• 4.4.1 不同電壓下合成氨速率及I-t曲線61-65
• 4.4.2 不同溫度下合成氨速率及I-t曲線65-67
• 4.4.3 電催化合成氨電流效率67-69
• 4.4.4 交流阻抗69-73
• 4.5 本章小結(jié)73-75
• 第五章 以空氣和水為原料的電催化合成氨性能75-91
• 5.1 引言75
• 5.2 催化劑的制備75-78
• 5.2.1 MOF(Fe-BTC)制備75-76
• 5.2.2 MOF(Fe-H2BDC)制備76-78
• 5.3 不同電壓下合成氨速率78-80
• 5.4 不同溫度下電催化合成氨速率80-83
• 5.5 電催化合成氨電流效率83-84
• 5.6 電催化合成氨交流阻抗84-88
• 5.7 本章小結(jié)88-91
• 第六章 結(jié)論與展望91-93
• 參考文獻(xiàn)93-101
• 致謝101-103
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介103-105
• 附件105-106

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 張正方;鐘正平;劉瑞泉;;Cathode catalysis performance of SmBaCuMO_(5+δ) (M=Fe, Co, Ni) in ammonia synthesis[J];Journal of Rare Earths;2010年04期

2 ;Electrochemical synthesis of ammonia using a cell with a Nafion membrane and SmFe_(0.7)Cu_(0.3-x)Ni_xO_3(x=0 0.3) cathode at atmospheric pressure and lower temperature[J];Science in China(Series B:Chemistry);2009年08期

3 王進(jìn);劉瑞泉;;SDC和SSC在低溫常壓電化學(xué)合成氨中的性能研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2008年07期

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本文編號(hào)：734250