本文選題：氨硼烷水解制氫　切入點：Pt/CNT催化劑　出處：《華東理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氫氣是一種清潔、高效的理想能量載體,以其為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池被認(rèn)為是后石油時代人類解決當(dāng)前能源問題的理想途徑之一。氨硼烷(AB)水解制氫因原料具有儲氫含量高、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)生的氫氣純度高等優(yōu)點,具有重要的研究和開發(fā)價值。本文針對Pt-C納米復(fù)合物催化氨硼烷水解制氫體系,以CNT為載體,重點研究多金屬氧酸鹽(POM)對該催化劑結(jié)構(gòu)特性與制氫性能(活性、穩(wěn)定性及動力學(xué)效應(yīng))的影響,建立催化劑結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)-效關(guān)系,為高效低成本氨硼烷水解催化劑的設(shè)計與優(yōu)化提供指導(dǎo)。(1)研究了 Pt/CNT納米復(fù)合物催化AB水解制氫體系的反應(yīng)特性,采用N2物理吸附、H_2-TPR、HAADF-STEM、XPS等表征了該催化劑的結(jié)構(gòu)特性,并將該催化劑產(chǎn)氫活性與文獻(xiàn)報道的Pt基催化劑產(chǎn)氫活性相比較,發(fā)現(xiàn)以CNT為載體制備的Pt納米催化劑具有獨特的結(jié)構(gòu)特性,因而表現(xiàn)出較高的產(chǎn)氫活性。(2)探究了多金屬氧酸鹽對Pt/CNT納米復(fù)合物催化AB水解制氫性能的影響,發(fā)現(xiàn)硅鎢酸(STA)的添加顯著提高了催化劑的產(chǎn)氫活性和穩(wěn)定性,而磷鎢酸(PTA)和磷鉬酸(PMA)的添加表現(xiàn)出了顯著的抑制效應(yīng)。進(jìn)一步結(jié)合動力學(xué)分析、同位素實驗以及反應(yīng)前后催化劑的結(jié)構(gòu)表征(如HAADF-STEM、EDX、XPS、Raman、ICP等),揭示了相較于PTA和PMA,STA的添加有利于提高Pt催化劑的結(jié)合能、穩(wěn)定Pt納米顆粒、降低AB水解活化能以及促進(jìn)反應(yīng)物水分子的活化等,是引起STA-Pt/CNT納米復(fù)合物表現(xiàn)出較好催化性能的主要原因,并據(jù)此建立了催化劑結(jié)構(gòu)與產(chǎn)氫性能之間的構(gòu)-效關(guān)系。(3)對比研究了氧化態(tài)STA和還原態(tài)STA(RSTA)的添加以及它們的濃度對Pt/CNT納米復(fù)合物催化AB水解制氫性能的影響,通過對反應(yīng)前后的催化劑及溶液進(jìn)行UV-vis、HAADF-STEM、EDX、Raman、ICP、XPS等表征,發(fā)現(xiàn)STA和RSTA的添加均能提高催化劑的產(chǎn)氫性能,其中當(dāng)nw:nPt配比較低時,RSTA預(yù)先活化AB是導(dǎo)致RSTA-Pt/CNT納米復(fù)合物具有較高產(chǎn)氫活性的主要原因,而當(dāng)nw:nPt配比較高時,STA調(diào)變Pt納米顆粒電子結(jié)構(gòu)是STA-Pt/CNT納米復(fù)合物具有較高產(chǎn)氫的活性的主要原因,并據(jù)此提出了 STA促進(jìn)Pt/CNT納米復(fù)合物催化AB水解制氫反應(yīng)進(jìn)行的可能調(diào)變機理。
[Abstract]:Hydrogen is a clean, efficient energy carrier. Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), which is used as fuel, is considered to be one of the ideal ways to solve the current energy problem in the post-petroleum era. The hydrogen produced is of high purity, so it has important research and development value. In this paper, CNT is used as the carrier for the hydrolysis of ammonioborane to produce hydrogen by Pt-C nanocomposites. The influence of polyoxometalate (POM) on the structure and hydrogen production performance (activity, stability and kinetic effect) of the catalyst was studied, and the structure-activity relationship between the structure and performance of the catalyst was established. To provide guidance for the design and optimization of high efficiency and low cost ammonia-borane hydrolysis catalyst, the reaction characteristics of AB hydrolysis system catalyzed by Pt/CNT nanocomposites were studied. The structural characteristics of the catalyst were characterized by N _ 2 physical adsorption H2-TPRN HAADF-STEM-XPS, etc. The hydrogen production activity of the catalyst was compared with that of the reported Pt-based catalyst. It was found that the Pt nanocatalyst prepared with CNT as the support had unique structural characteristics. Therefore, the effect of polyoxometalates on the catalytic activity of Pt/CNT nanocomposites for the hydrolysis of AB for hydrogen production was investigated. It was found that the addition of STAS) significantly improved the activity and stability of the catalysts. The addition of phosphotungstic acid (PTAA) and phosphomolybdate (PMA) showed significant inhibitory effect. Isotopic experiments and structural characterization of the catalysts before and after the reaction (such as HAADF-STEMN EDX, XPS, Raman ICP, etc.) reveal that the addition of PTA and PMANTA can improve the binding energy of Pt catalysts and stabilize Pt nanoparticles. Decreasing the activation energy of AB hydrolysis and promoting the activation of water molecules of reactants are the main reasons for the STA-Pt/CNT nanocomposites to exhibit better catalytic performance. Based on this, the structure-activity relationship between the structure of the catalyst and the hydrogen production performance was established. The effects of the addition of oxidized STA and reduced STARSTAS and their concentrations on the catalytic activity of Pt/CNT nanocomposites for the hydrolysis of AB to hydrogen were studied. The catalyst and solution before and after the reaction were characterized by UV-vis-HAADF-STEM-EDX STA and RSTA. It was found that the addition of STA and RSTA could improve the hydrogen production performance of the catalyst. When the nw:nPt ratio is low, the pre-activation of AB is the main reason for the higher hydrogen activity of RSTA-Pt/CNT nanocomposites. When the nw:nPt ratio is high, the electronic structure of Pt nanoparticles is the main reason for the high hydrogen production of STA-Pt/CNT nanocomposites. Based on this, the possible modulation mechanism of STA to catalyze the hydrolysis of AB to produce hydrogen by Pt/CNT nanocomposites is proposed.
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36;TQ116.2

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9 周文U，

本文編號：1604115