氨硼烷醇解釋氫雙金屬納米催化劑製備過程的基礎研究

《氨硼烷醇解釋氫雙金屬納米催化劑製備過程的基礎研究》是依託廈門大學，由孫道華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氨硼烷醇解釋氫雙金屬納米催化劑製備過程的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫道華
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

氨硼烷（AB）與醇在合適的催化劑存在下室溫條件即可實現快速可控放氫。該釋氫過程無氨氣伴生、脫氫產物能夠再生，為AB成為可實用的理想儲氫材料提供可能。本項目針對目前AB醇解脫氫催化劑高效和經濟不可兼備、單分散性差等問題，擬利用高溫熱解法設計合成粒徑、組成（原子比）可控的MPd（M=Co，Ni）雙金屬納米催化劑。項目旨在掌握調控不同粒徑和組成的單分散MPd（M=Co，Ni）雙金屬納米顆粒的方法，考察該系列催化劑套用於AB醇解脫氫反應的催化活性，研究該釋氫反應的動力學，揭示雙金屬催化劑中不同金屬間的協同作用機制，闡明催化劑失活的原因並獲得提高催化劑穩定性的有效手段，為開發有實際套用價值的低成本、高活性、高穩定性的氨硼烷醇解脫氫催化劑提供必要的知識基礎。

結題摘要

氨硼烷（NH3BH3，AB）因其具有非常高的質量儲氫密度和體積儲氫密度，熱穩定性適中等優點被認為是目前最具潛力的固體儲氫材料之一。AB與醇在合適的催化劑存在下室溫條件即可實現快速可控放氫。該釋氫過程無氨氣伴生、脫氫產物能夠再生，為AB成為可實用的理想儲氫材料提供可能。本項目針對目前AB醇解釋氫催化劑單分散性差、高活性和價廉不可兼得等問題，利用高溫熱解法製備Pd基雙金屬納米催化劑，在對納米顆粒和催化劑充分表征的基礎上，對催化劑結構、表面性質和催化性能進行關聯。首先，在不添加任何保護劑的情況下合成出組成、尺寸可控的AgPd雙金屬納米顆粒， STEM-EDX、XRD 等表征證實該納米顆粒具有合金結構；XPS表明不同組成的AgPd納米顆粒中的Ag和Pd都是以零價態存在，且存在著一定的協同作用；將該AgPd合金納米顆粒負載到Ketjon C後用於氨硼烷醇解釋氫反應，粒徑為5.4nm Ag30Pd70的釋氫活性最高，室溫下可將AB完全分解為氫氣，TOF值高達366min-1。Ag30Pd70/C催化AB醇解釋氫反應的動力學研究表明，釋氫反應速率相對於催化劑濃度是一級反應，該反應的活化能為37kJ/mol；該催化劑的重複使用性能研究顯示經多次循環後，納米顆粒並未發生明顯的團聚。進而，為了進一步降低催化劑的合成成本，利用高溫熱解法製備出單分散的球形和立方體CuPd合金納米顆粒。將該CuPd納米顆粒負載於載體後用於室溫下氨硼烷醇解釋氫反應，結果表明同等條件下CuPd立方體納米顆粒AB醇解釋氫的催化活性弱於球形納米顆粒。雙金屬納米顆粒的組成與其催化活性密切相關，其中以Cu48Pd52納米顆粒的活性最高，催化性能優於單金屬Pd催化劑；氮氣氣氛下納米顆粒經300℃焙燒處理後，釋氫活性明顯提高，TOF值由10min-1升到53.2min-1；Cu48Pd52/C催化劑經8次循環使用後，催化活性維持初始值的90%以上。該研究可望為開發有實際套用價值的低成本、高活性、高穩定性的氨硼烷醇解脫氫催化劑提供必要的知識基礎。