Ag催化甲醛制氫的研究.pdf

1、在本文主要討論了一種新型的高效產(chǎn)氫方法，在甲醛的堿性水溶液中，以不同的金屬納米顆粒為催化劑催化甲醛產(chǎn)氫，產(chǎn)生的氫氣不含一氧化碳且產(chǎn)氫速率持續(xù)穩(wěn)定高效。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以清楚地發(fā)現(xiàn)，金屬納米顆粒催化劑可以在堿性水溶液中催化甲醛生成甲酸鈉和氫氣，而且這個(gè)反應(yīng)是在常溫常壓下進(jìn)行的，在鉑、金、鎳和銅這幾種金屬納米顆粒中，納米銅具有最高的催化活性和長(zhǎng)期的催化穩(wěn)定性。值得注意的是溫度對(duì)這個(gè)反應(yīng)的影響很大，當(dāng)溫度由0℃上升至60℃時(shí)，納米銅顆粒催化產(chǎn)氫的

2、速率由2.34 mL min-1 g-1增加到140 mL min-1 g-1。據(jù)推測(cè)氫氣是由甲酸在反應(yīng)過(guò)程中形成的中間體生成的。當(dāng)氫氧化鈉或甲醛的濃度增加時(shí)，由于康尼扎羅反應(yīng)占主導(dǎo)，就會(huì)阻礙催化產(chǎn)氫反應(yīng)的進(jìn)行，使得產(chǎn)生氫氣的量明顯降低。
　　通過(guò)在室溫條件下利用納米金屬催化劑從生物質(zhì)甲醛中產(chǎn)生不含碳氧化物的純凈氫氣，可以發(fā)現(xiàn)納米銀催化劑在常溫常壓條件下對(duì)于催化甲醛這種典型的生物質(zhì)分子產(chǎn)生不含一氧化碳的純凈氫氣的反應(yīng)具有很高的催化

3、活性以及良好的催化穩(wěn)定性，通過(guò)優(yōu)化這種催化產(chǎn)氫反應(yīng)的結(jié)構(gòu)和組成，以及對(duì)于各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)如反應(yīng)溫度，催化劑的量，氧氣、甲醛和氫氧化鈉的濃度的調(diào)控，催化產(chǎn)氫反應(yīng)可以在較高的產(chǎn)氫速率下反應(yīng)長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)而不會(huì)有任何衰竭降低的現(xiàn)象，此外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)銀催化甲醛產(chǎn)氫反應(yīng)的活化能只有11.8 kJ mol-1，相較于文獻(xiàn)中前人報(bào)道的不含催化劑條件下甲醛產(chǎn)氫的催化能為65 kJ mol-1，在銀作為催化劑的條件下反應(yīng)的活化能被大大降低，這不僅說(shuō)

4、明了銀對(duì)與這個(gè)反應(yīng)來(lái)說(shuō)催化活性很高，這也提供了一種在室溫條件下方便產(chǎn)氫的新方法，由于這個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)氫速率與產(chǎn)氫效率都很高，反應(yīng)的活化能低，催化劑的催化活性高，而且反應(yīng)所用試劑價(jià)格低廉簡(jiǎn)單易得，完全有理由認(rèn)為這種新型的銀催化甲醛制氫的反應(yīng)可以為質(zhì)子交換膜燃料電池提供純氫，使得質(zhì)子交換膜燃料電池可以在線作業(yè)在室溫下操作，為燃料電池的使用開(kāi)辟了更廣闊的新途徑。
　　通過(guò)以負(fù)載于高比表面積的γ-Al2O3上的Ag納米顆粒為催化劑催化甲醛(H

5、CHO)在堿性水溶液下產(chǎn)生氫氣。而且，這種Ag/γ-Al2O3負(fù)載型催化劑與非負(fù)載的純Ag納米粒子相比具有更高的催化產(chǎn)氫能力和穩(wěn)定性。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)的參數(shù):如反應(yīng)過(guò)程中氧氣的濃度，甲醛濃度和NaOH濃度，Ag/γ-Al2O3催化甲醛產(chǎn)生氫氣的生成速率可大大提高并保持十個(gè)小時(shí)左右而沒(méi)有任何明顯的衰減。因此，這種新型的產(chǎn)氫方法提供了一種簡(jiǎn)單高效的途徑用于從甲醛有機(jī)溶劑中制取氫氣，并且在反應(yīng)過(guò)程中可以保持很高的反應(yīng)活性以及金屬催化劑的穩(wěn)定

6、性。
　　通過(guò)硼氫化鈉還原法合成銀納米顆粒催化劑，將其負(fù)載在γ-三氧化鋁載體上增加了催化劑與反應(yīng)物甲醛的接觸面積，減少了銀納米顆粒團(tuán)聚的趨勢(shì)，提高了貴金屬催化劑的利用率，降低了反應(yīng)過(guò)程中銀催化劑的用量，同時(shí)研究了產(chǎn)氫反應(yīng)中各個(gè)參數(shù)對(duì)與產(chǎn)氫速率的影響，發(fā)現(xiàn)氧氣可以促進(jìn)產(chǎn)氫反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑的用量越高產(chǎn)氫的速率也越快，而甲醛與氫氧化鈉的濃度卻不是越高越好，甲醛和氫氧化鈉濃度過(guò)大時(shí)，與產(chǎn)氫反應(yīng)可同時(shí)進(jìn)行的康尼扎羅反應(yīng)會(huì)占主導(dǎo)，消耗過(guò)多的