硼氫化物催化制氫及相關(guān)儲能材料研究.pdf

1、新型可再生綠色能源及能量高效清潔儲存與轉(zhuǎn)化技術(shù)的研發(fā)是未來社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。能量密度高、環(huán)境友好的氫能是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦湍茉?氫的高效制取和儲存是氫能發(fā)展面臨的主要問題。雖然硼氫化物具有較高的儲氫密度,但其水解/熱解制氫反應(yīng)均表現(xiàn)出了緩慢的動力學(xué)性能。硼氫化物制氫體系的廣泛應(yīng)用依賴于高效實用化制氫催化劑的開發(fā)。另一方面,直接甲醇燃料電池作為高效的能量轉(zhuǎn)化裝置成為近年來的研究熱點。陽極催化劑是目前影響直接甲醇燃料電池性能和成本的

2、關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,催化劑載體的發(fā)展對提高貴金屬催化劑的利用率,增強催化劑的催化活性和穩(wěn)定性具有重要意義。基于以上分析,本文圍繞硼氫化物新型制氫催化劑和多孔碳載體材料的制備、表征以及在能量儲存與轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用開展研究。
　　 ⑴采用注入-化學(xué)沉積和模板，化學(xué)還原的方法分別制備了碳黑載Co-B催化劑和Co-B納米空心球催化劑,并對產(chǎn)物的形貌、組成以及對催化硼氫化鈉(NaBH4)水解制氫性能進行了表征。分別考察了活性物質(zhì)負載量、反應(yīng)溫度、反

3、應(yīng)物濃度以及熱處理對催化制氫性能的影響。與常規(guī)方法得到的Co-B納米顆粒相比,所制備的兩種催化劑均表現(xiàn)出明顯改善了的催化活性。熱處理后的Co-B空心球催化NaBH4水解制氫速率達到了2720 mL min-1g-1,產(chǎn)氫量接近理論值。實驗結(jié)果表明利用高比表面積負載材料分散活性物質(zhì)和構(gòu)建空心多孔的功能化結(jié)構(gòu)是提高非貴金屬催化劑催化NaBH4水解制氫性能的兩個重要手段。
　　 ⑵通過溶液混合的過程將聚丙烯酸甲酯(PMA)與氨硼烷(A

4、B)進行復(fù)合得到了一種新型的催化制氫體系,并比較了不同投料比情況下得到的樣品中PMA與AB的混合程度、物理特性以及熱分解制氫性能。研究結(jié)果表明,所得復(fù)合材料具有一定的防水性能且表現(xiàn)出了良好的放氫動力學(xué),與PMA的復(fù)合有效地降低了氨硼烷的脫氫溫度并抑制了有害含硼氣態(tài)雜質(zhì)的產(chǎn)生。通過改變反應(yīng)溫度可以實現(xiàn)對熱分解過程的調(diào)控,實驗結(jié)果有助于更好的理解AB熱分解的動力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)。在該復(fù)合制氫體系中具有活性有機官能團高分子材料的成功應(yīng)用也拓寬了

5、氨硼烷熱分解制氫催化劑的選擇范圍。
　　 ⑶以酚醛樹脂作為碳源,正硅酸乙酯作為模板源,利用自組裝的過程制備出了具有蜂窩狀分級結(jié)構(gòu)的多孔碳材料。相比于傳統(tǒng)方法,該過程具有簡便、省時的優(yōu)點,更加適合規(guī)?；苽?。實驗中對所得產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、比表面積及孔隙度進行了詳細的表征。分析并驗證了所得到分級結(jié)構(gòu)多孔碳的形成過程,考察了在制備過程中模板劑TEOS濃度、聚合引發(fā)劑氨水加入速度等因素對產(chǎn)物形貌和孔隙度的影響。與傳統(tǒng)的碳黑負載Pt催化劑