【摘要】：氫氣作為具備巨大開發(fā)潛力的清潔能源成為可再生領域關注的焦點,儲氫材料也同樣成為研究機構大力研究的對象。甲酸是生物新陳代謝的有機產物,因其良好的穩(wěn)定性及綠色的可再生性成為儲氫材料的研究重點。相比于均相催化,多相催化劑的合成手段簡單,易于控制,易于分離,研發(fā)高效低成本的多相催化劑催化甲酸分解制氫成為儲氫釋氫工藝面向實際應用的研究熱點之一。石墨烯因為其獨特的結構及良好的性能而得到極大的研究關注。本文以炭黑(CB)、氧化石墨烯(GO)和鈦酸鍶(SrTi3)為研究主體對象,分別開發(fā)了室溫下分解甲酸制氫的高效鈀基、無鈀新型碳質復合催化劑,借助多種表征方法,探究復合催化材料多級結構與催化性能的關系。1、以3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)接枝修飾的N基化炭黑為載體制備的Pd_8Cu_2/N-CB復合催化劑表現(xiàn)出良好的催化性能,50℃下產氫速率達到了27.31 mmol·g-1·h-1,單位時間轉化頻率(TOF)為718.56h-1。Pd與Cu形成合金,二者的協(xié)同作用有利于產氫活性的提高。Pd_8Cu_2/N-CB存在的N基物種與合金粒子發(fā)生了絡合,使得合金粒子以規(guī)則的形貌均勻分散,并進一步增強了納米合金粒子與載體之間的相互作用。Pd_8Cu_2/N-CB催化劑擁有相對較大的比表面積,可以提供更多活性位點從而有助于催化活性的提高。2、通過生物質溶劑熱法,以阿拉伯樹膠作為還原劑和分散劑合成Bio-Pd/RGO-SrTiO_3。結果表明Bio-Pd/RGO-SrTiO_3催化劑表現(xiàn)出很好的甲酸分解催化制氫性能,在50℃下,甲酸分解產氫速率達到了17.56 mmol·g-1·h-1,約為Chem-Pd/RGO-SrTiO_3的2倍。經生物質還原法所制得的Pd納米顆粒相比于化學還原法擁有更小的粒徑,分散更均勻。Bio-Pd/RGO-SrTiO_3在催化劑表面存留著一定數(shù)量的樹膠生物質殘基,殘留基團與Pd納米粒子之間存在相互作用而抑制了 Pd顆粒的長大。Pd是以Pd0及Pd2+、Pd4+的混合價態(tài)呈現(xiàn)的,表現(xiàn)出更好的結構穩(wěn)定性及更快的電子轉移速率,有助于提高催化反應性能。3、采用一步溶劑熱法所制得的無負載貴金屬的RGO/SrTiO_3系列催化劑。通過調節(jié)制備過程中氧化石墨烯的復合比例,得到了不同形貌的催化劑。其中6 wt%RGO/SrTiO_3活性最佳,反應溫度在50 ℃下,6 wt%RGO/SrTiO_3分解甲酸產氫量2h內達到了334.68 μmol·9-1。SrTiO_3通過Ti-C鍵同石墨烯穩(wěn)定的連接在一起,Ti-C鍵使鈦酸鍶與石墨烯之間建立了電荷傳輸?shù)耐ǖ?促進了以RGO為活性中心的協(xié)同作用從而實現(xiàn)了催化甲酸分解制氫。6 wt%RGO/SrTiO_3催化劑的形貌呈現(xiàn)石墨烯包覆的特殊的花狀,擁有相對較大的比表面積,有助于活性的提高,這為開發(fā)近室溫下無貴金屬甲酸分解催化劑提供了借鑒。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TQ116.2
【圖文】：

１．１引言逡逑目前為止，人類社會的生產生活很大程度上依賴于化石燃料的使用，如煤、逡逑石油和天然氣等，如圖１．１所示【１］。化石燃料的過度使用產生大量的毒害氣體，對逡逑人類社會的生產和生活造成了難以估量的損害，同時二氧化碳的超量排放造成了逡逑全球的“溫室效應”，氣溫升高甚至導致所在地區(qū)的氣候變化異常。大量極端天逡逑氣的發(fā)生千擾了人類的正常生活，對生態(tài)系統(tǒng)也形成了嚴重的威脅１火除此以外，逡逑化石燃料還是有限儲量的不可再生資源，一旦耗盡，人類將面臨能源枯竭的巨大逡逑問題。若要實現(xiàn)可持續(xù)的綠色發(fā)展，就必須依靠可再生能源的積極開發(fā)利用，因逡逑此尋找和生產清潔的可再生能源是一個亟待解決的問題［３，４１。逡逑Ｉ逡逑圖１．１邋２０１７年中國能源消費結構逡逑Ｆｉｇ．１．１邋Ｃｈｉｎａ＾邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｎ邋２０１７逡逑１．２氫能源的現(xiàn)狀和發(fā)展前景逡逑氫元素是已知元素中原子質量最小，且地球上含量最半富的元素。氫氣（Ｈ２）逡逑可以和氧氣（0２）產生反應

提高了甲酸的利用率。逡逑研宄表明，通過光催化或電催化的方法將Ｃ０２還原成甲酸，氫的制備和儲存逡逑成為一個可逆循環(huán)，這使得甲酸同其它儲氫材料相比具有顯著的優(yōu)勢［１９］。圖１．２逡逑是產生、貯存和利用Ｈ２的循環(huán)示意圖。逡逑４逡逑

第一章緒論逡逑組成部分，而過渡金屬元素一般是Ｂ的構成部分。理想的鈣鈦礦是立方結構，如逡逑圖１．３所示。元素周期表中的大多數(shù)元素可以形成穩(wěn)定的鈣鈦礦結構。通過不同逡逑元素組合或者不同程度的摻雜取代可以制備不同的鈣鈦礦化合物。進而通過控制逡逑陰陽離子的化學計量、晶體結構和制備手段影響其物理化學性質。逡逑？邐？邋0逡逑Ａ邐ＢＯ逡逑圖１．３理想的立方鈣鈦礦結構逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｉｄｅａｌ邋ｃｕｂｉｃ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑鈦酸鍶（ＳｒＴｉＣｂ）作為一種代表性的鈣鈦礦，擁有介電常數(shù)高，介電損耗低，逡逑熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點［４８ｉ，被廣泛應用于電氣加工及材料制備等行業(yè)。同時ＳｒＴｉＣｂ逡逑還具備良好的光催化活性，獨特的電磁特性和氧化還原催化活性，在光催化分解逡逑水制７禮催化降解打機污染物和光化學電池等方Ｉｆｌｆ均有較好的表現(xiàn)。在之前的研逡逑宄中我們發(fā)現(xiàn)負載金的鈦酸鍶催化劑Ａｕ／ＳｒＴｉ0３可以分解甲酸及甲醛，展示出較逡逑好的活性及穩(wěn)定性［４９］。逡逑目前ＳｒＴｉＣｂ的制備方法主要有如下三種方法：逡逑１、溶膠凝膠法將包含活性組分的前驅體化合物以溶液狀態(tài)混合然后進行脫逡逑水縮合反應。縮合反應后，原始的液相體系形成穩(wěn)定的溶膠體系，溶膠粒子間發(fā)逡逑生緩慢聚合，最終形成三維網狀結構的凝膠。將凝膠高溫煅燒后，制備分子或者逡逑納米級的結構材料。用溶膠凝膠法制備得到的催化劑粉末雖然難以控制其顆粒大逡逑小，但一般燒結后的粉末晶型良好，晶體較完整，結晶度較高。Ｐｕａｎ即ｅｔｃｈ等采逡逑用結構導向溶膠凝膠法

【參考文獻】

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本文編號：2795175