《硼氫化鈉醇解可控制氫催化劑的製備及構效關係研究》是依託北京化工大學，由王芳輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：硼氫化鈉醇解可控制氫催化劑的製備及構效關係研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王芳輝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氫氣作為原料產生動力的燃料電池是環境友好型能量供應系統，能夠避免化石能量系統產生的環境污染。硼氫化鈉是潛力巨大的氫氣存儲材料，硼氫化鈉水解和醇解是釋放硼氫化鈉中氫最有效的方法，目前硼氫化鈉水解的研究已經相當多和比較成熟，但是硼氫化鈉醇解的研究剛剛起步。因此開發硼氫化鈉醇解制氫催化劑是目前最重要的研究方向之一。本項目運用計算機對硼氫化鈉催化醇解制氫催化劑進行設計、模擬、仿真和分析，得到最最佳化結果。根據最最佳化結果採用在化學鍍的基礎上，通過電鍍將催化劑牢固負載於塊狀載體之上，提高催化劑抗氫脆和鹼脆能力，增強催化劑的壽命，塊體催化劑可以有效實現固液分離，達到可控制氫的目標。運用現代儀器表征方法和測試手段，結合計算、模擬和仿真以及催化劑制氫性能，探索制氫催化劑的微觀結構、表面狀態與巨觀性能之間的構效關係，探明硼氫化鈉催化醇解的反應動力學問題，為硼氫化鈉制氫催化劑的研究提供規律性研究結果和理論依據。
結題摘要
運用計算化學模擬軟體和採用材料基因組學思想，利用分子模擬和調控技術構建表面結構穩定、高催化活性的硼氫化鈉醇解制氫催化劑模型。通過增載入體的比表面積和金屬合金化來提高硼氫化鈉醇解制氫催化劑的催化活性。運用現代儀器分析表征手段和測試方法對所合成催化劑進行結構及性能測試。取得的研究成果有： 以Ni基和Pt基為例，從電子結構和原子層次揭示了硼氫化鈉制氫合金催化劑的結構、熱穩定性、擴散性能、表面吸附及氧化還原反應機理。通過調控金屬納米催化劑的組成、尺寸、形貌、原子排列等，設計出了高活性高穩定性的催化劑，並通過建立相圖模型和構效關係形成一套完整的該類材料設計框架。 利用化學還原法製備製備了Ru-Co/C、Ru-Co/CNTs、Ru-Fe/GO高活性粉末型合金催化劑，重點考察了金屬配比和反應物濃度對催化劑活性的影響，最佳化催化劑的製備工藝。其中Ru-Co/CNTs催化劑催化硼氫化鈉甲醇醇解制氫的最高速率可達到21.19 L·min-1·g-1，活化能僅為34.35 kJ·mol-1。 採用化學鍍、電鍍方法製備了Co-P/Ni foam、Co-P/CNTs/Ni foam、Ru/Ni foam、Co-Mo-P/CNTs-Ni foam、Ru-Ni/Ni foam、Ru/NiO-Ni foam 塊狀催化劑，實現了真正的可控制氫，並通過增加了塊狀載體Ni foam的比表面積，使金屬在載體上均勻的三維生長，增加了催化劑的活性位點，進而增強催化劑的催化活性。其中，新型的Co-P/CNTs/Ni foam複合材料合金催化劑在最佳製備條件下製備出的催化劑的最大制氫速率可達2.3 L·min-1·g-1，催化硼氫化鈉甲醇解反應的表觀活化能為47.74 kJ·mol-1，低於硼氫化鈉自醇解的活化能52.96 kJ·mol-1。 發表相關研究論文14篇，申請發明專利4項，培養研究生8名。 通過本項目的研究，在硼氫化鈉醇解可控制氫催化劑的結構設計、批量製備、微觀形貌表征、催化性能評價做了系統的研究，為高催化活性和穩定性的硼氫化鈉醇解可控制氫催化劑的製備提供了一定的理論依據和實踐基礎。相關研究結果有力的推動了硼氫化鈉制氫的理論研究及產業化套用。
