石墨烯基催化劑及其硫碘循環(huán)制氫應(yīng)用.pdf

1、氫能由于其清潔、高效和可持續(xù)性被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉?，因此尋找一種大規(guī)模低成本的制氫方法是發(fā)展氫能的基礎(chǔ)。熱化學(xué)硫碘循環(huán)水分解制氫由于成本低、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)制氫的理想循環(huán)。硫碘循環(huán)主要包含以下三個(gè)反應(yīng)過(guò)程:
　　Bunsen反應(yīng):I2+SO2+2H2O→H2SO4+2HIHI分解過(guò)程:2HI→H2+I2H2SO4分解過(guò)程:H2SO4→SO2+0.5O2+H2O硫碘循環(huán)中HI分解是唯一產(chǎn)氫的過(guò)程，其分解

2、率對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的熱效率有很大的影響。在無(wú)催化劑作用時(shí)，即使在500℃高溫時(shí)HI的分解率也很低。因此，研究HI分解中的催化劑極為重要。本為對(duì)石墨烯本身作為催化劑以及作為催化劑載體催化分解HI進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。
　　本文采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨，進(jìn)一步超聲得到氧化石墨烯(GO)。通過(guò)兩種不同的還原劑分別還原得到乙二醇還原石墨烯(rGO-EG)和水合肼還原石墨烯(rGO-HH)。同時(shí)以氧化石墨烯與鉑的前驅(qū)物共同還原制備得到

3、Pt/rGO-EG和Pt/rGO-HH兩種催化劑。對(duì)上述制備的材料進(jìn)行XPS、XRD、Raman、TEM和BET等表征。本文在利用石墨烯作為載體負(fù)載鉑作為催化劑的同時(shí)，也將對(duì)石墨烯本身作為催化劑應(yīng)用于HI分解進(jìn)行了研究。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，載體的催化劑活性從高到低的順序依次為rGO-HH＞rGO-EG＞GO，還原后得到的石墨烯活性均比氧化石墨烯具有更高的催化活性。催化劑的催化活性隨著石墨烯的還原程度提高而提升。由于還原程度越高，石

4、墨烯表面的含氧官能團(tuán)變少，不飽和碳原子增多，所以導(dǎo)致石墨烯表面活性位增多，使得催化活性高。對(duì)于負(fù)載Pt后催化劑活性為Pt/rGO-EG＞Pt/rGO-HH，尤其是低溫段Pt/rGO-EG表現(xiàn)出更好的催化活性。這主要是由于乙二醇作為還原劑制備得到的催化劑中Pt納米顆粒尺寸更小、分散性更好，這有利于更多的活性位點(diǎn)與反應(yīng)物充分的接觸，減小反應(yīng)過(guò)程中遇到的擴(kuò)散阻力，從而在HI催化分解中表現(xiàn)出更好的活性。因此，采用乙二醇作為還原劑制備鉑/石墨烯催

5、化劑更加合適。
　　針對(duì)催化劑穩(wěn)定性研究結(jié)果顯示，在486℃時(shí)90分鐘連續(xù)實(shí)驗(yàn)中，rGO-HH作為催化分解HI中在最初10分鐘活性會(huì)有所提升，這主要是由于rGO-HH被進(jìn)一步還原，不飽和碳原子數(shù)量增加，從而使得石墨烯表面有更多的活性位有利于反應(yīng)的進(jìn)行。在對(duì)比Pt/rGO-EG和Pt/AC-EG催化劑穩(wěn)定性中發(fā)現(xiàn)，在90分鐘的連續(xù)實(shí)驗(yàn)中，Pt/AC-EG催化劑活性下降了4.25％，而Pt/rGO-EG催化劑活性只下降了0.12％，活