發(fā)布時間：2020-05-12 16:14

【摘要】：氫氣因其熱值高、燃燒無污染等特點,被視為理想的替代能源之一,而開發(fā)新型儲氫材料并探索溫和條件下氫的高效釋放是解決氫能利用的關鍵。硼烷氨(NH_3BH_3)具有高的含氫量(19.6 wt%),是一種具有應用前景的儲氫材料。與能夠催化NH_3BH_3水解放氫的貴金屬催化劑相比,非貴金屬催化劑的活性低,達不到應用要求。在催化NH_3BH_3水解放氫反應(NH_3BH_3+2H_2O?NH_4BO_2+3H_2)中,由于還原反應占主導,那么提高催化劑中活性中心的電子密度便能夠提高其放氫活性,而光催化是實現(xiàn)該設計的有效途徑之一�；诖�,本論文從調控催化劑中活性金屬納米顆粒的電子密度角度出發(fā),設計合成了三類含有可見光響應載體的非貴金屬納米催化劑,并系統(tǒng)考察了其光催化NH_3BH_3的放氫性能,得到如下主要結果:(1)利用具有表面等離子體共振(SPR)效應的金屬(如Cu)顆粒在特定波段的光激發(fā)下能夠產(chǎn)生自由電子的特性,設計合成了四種不同形貌的金屬Cu顆粒(立方體、八面體、十二面體和球體),并以其為載體構筑了一系列Co和Ni催化劑,研究了催化劑在室溫下光催化NH_3BH_3的放氫性能。結果表明,在可見光照射下,催化劑中電子從Cu向催化活性中心Co、Ni轉移,使得催化劑的放氫活性大幅提高,其中Co/Cu催化劑的轉化頻率(TOF)達到83.3-176.5 min~(-1)。另外,Cu顆粒的不同形貌導致催化劑具有不同的催化活性,其中基于立方體Cu的催化劑活性最高,而基于十二面體Cu的催化劑活性最低。(2)利用石墨烯良好的導電特性,設計合成了Cu納米顆粒沉積于還原氧化石墨烯(rGO)上的載體Cu-rGO和相應的負載型Co、Ni催化劑,并研究了催化劑在室溫下光催化NH_3BH_3的放氫性能。結果表明,rGO抑制了Cu納米顆粒表面的光生電子與空穴的復合,進而大幅提高了Cu納米顆粒的光生電子利用效率和催化劑的放氫活性,其中Co/Cu-rGO的TOF值達到了280.1 min~(-1)。當向rGO表面引入絕緣體SiO_2,構造電子傳輸通道后,催化劑Co/Cu-rGO-SiO_2的活性大幅提升,其TOF值達到407.1 min~(-1),這是目前報道的非貴金屬催化劑活性的最高值。另外,催化劑在單波長可見光照射下的性能研究表明,催化劑在550 nm光照下的活性最高,這證實了催化劑的活性提升是由Cu納米顆粒的表面等離子共振效應引起的。(3)利用不同能帶結構的半導體影響其光催化性能和石墨烯能夠提高半導體的載流子分離效率的特性,設計合成了禁帶寬度不同的半導體氮化碳(C_3N_4)與rGO的復合載體C_3N_4-rGO和相應的負載型Co催化劑,并研究了催化劑在室溫下光催化NH_3BH_3的放氫性能。結果表明,與僅以C_3N_4為載體的催化劑相比,以C_3N_4-rGO為載體的催化劑活性大幅提升,當復合載體中C_3N_4與rGO的質量比為2:1時,催化劑活性最高,其TOF值達到208.6 min~(-1)。
【圖文】：

圖 1.1 世界能源消耗（數(shù)據(jù)來源：PEAK OILBARREL）Fig. 1.1 World primary energy consumption.大家已經(jīng)意識到，過度消耗化石燃料不僅會造成其消失速度加快的破壞。氣候變化是人類在 21 世紀面對的首要環(huán)境問題：一方面健康，例如改變病菌傳播疾病的分布，或者增大洪澇、干旱的頻率要環(huán)境問題就是化石燃料燃燒產(chǎn)生的溫室氣體造成的全球氣溫升高年里，CO2的整體水平上升了 31 %；上個世紀全球平均氣溫上升

圖 1.2 清潔能源示意圖：太陽能、風能、地熱能、生物質能Fig. 1.2 Schematic representation of the clean solar energy, wind energy, geothermal energy and b1.2 氫能幾個世紀以來，氫氣已經(jīng)引起了幾代科研人的興趣，例如 Jules Verne[1,2]。在將來，氫氣是化石燃料的取代者之一。氫氣的能量轉換為熱能或者電能的過程非常簡燃燒產(chǎn)物只有水。相較于化石能源和其他清潔能源，氫氣的優(yōu)勢方面如下：氫是最多的成分，其含量占到宇宙中物質的 75 %；除去核反應外，，氫所能提供的能量最高的，例如汽油的發(fā)熱值僅為氫的三分之一左右；氫本身沒有毒性，燃燒后生，而且能夠再次生成氫氣循環(huán)使用。氫能作為一種高效、無污染、可再生的“無碳世界的廣泛認可，被稱為未來新世紀的能源。發(fā)展氫能既能大幅降低對化石能源又可以在一定程度上保障能源安全。對于以氫為動力的新型能源汽車的廣泛應用行的便攜儲氫系統(tǒng)是相當重要的。根據(jù)最新的美國能源部門對車載儲氫系統(tǒng)的要求
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TQ116.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 周鵬;劉啟斌;隋軍;金紅光;;化學儲氫研究進展[J];化工進展;2014年08期

本文編號：2660491