论文部分内容阅读
随着经济全球化的迅猛发展,人们越来越重视资源环境对经济发展的影响。能源需求量的增长以及化石能源使用引发的气候变化是当今两个全球性的问题。化石燃料是由上万年前地球上的植物形成的,所以化石燃料储量有限,属于不可再生资源。石油在人类的日常工作生活中扮演了非常重要的角色,因抢夺资源引发战争的事例屡见不鲜。石油的日益减少造成价格大幅度波动会影响国际能源安全,限制经济增长。另外,现代社会人类环保意识越来越强,雾霾现象、臭氧层漏洞等均是化石燃料的过度使用造成的,温室效应和大气污染危及人类生存环境。在这种形势下,研发能量密度高、燃烧产物环境友好、燃烧效率理想的新型清洁能源显得尤为重要。本文通过简捷的方法制备了非贵金属催化剂Co-Ni-Cr-P/γ-Al2O3、Co@Co3O4、Co-P/Ni foam,并分别探究了其在催化领域的应用。其内容主要包括以下几点:（1）采用化学镀法在γ-Al2O3小球载体上负载了Co-Ni-Cr-P四元合金催化剂,并采用硼氢化钠水解制氢实验考察了Co-Ni-Cr-P/γ-Al2O3的催化性能,分别探究了铬元素含量、化学镀时间等催化剂制备条件以及催化反应温度、NaOH、Na BH4浓度等测试条件对催化剂制氢性能的影响。实验表明:硝酸铬浓度为0.8 g?L-1,化学镀液中γ-Al2O3被沉积时间为240 s时,利用化学镀法制备的Co-Ni-Cr-P/γ-Al2O3在催化系统中能够快速地释放出氢气,展示出卓越的氢析出性能。电感耦合等离子体发射光谱检测Co-Ni-Cr-P合金化学组成为Ni1Co2.44Cr1.2P1.03,BET测试显示催化剂的比表面积为228.4 m2?g-1,吸附孔径平均值为5.64 nm。镀液中加入Cr（NO4）3的质量浓度是0.6 g?L-1,氢生成体系的测试温度为40℃时,Co-Ni-Cr-P合金催化剂的氢生成速率约为1.5 L?g-1?min-1,经计算发现,催化剂拥有较低的活化能（Ea）,约为45.96 kJ?mol-1。（2）采用化学还原法还原钴盐制备微米钴粉,并用不同的氧化方法得到核壳结构Co@Co3O4复合催化剂,探究了复合结构中钴微粉氧化方式、退火温度对Co@Co3O4催化剂催化硼氢化钠释氢性能的影响。实验表明:以硼氢化钠为还原剂制备的钴粉经350℃退火处理后合成的核壳结构Co@Co3O4催化剂具有较高的催化活性。当NaOH浓度为10 wt%,NaBH4浓度为4 wt%时,在40℃催化条件下碱性硼氢化钠溶液可控释氢速率为11.0 L?g-1?min-1。采用普通的磁铁测试发现,以Co为核,氧化钴为壳形成的包覆结构的催化剂有着明显的磁学性能,充分利用该粉末催化剂的磁性,在产氢测试结束后,能够快速的实现催化剂与测试溶液的分离,催化剂的清洗、收集非常方便快捷,便于反应后催化剂的分离和收集,有效地避免了粉末状材料难回收的缺点。（3）采用化学镀法,以泡沫镍为载体成功负载了Co-P合金催化剂。本章以电解水析氧反应为测试手段,对催化剂的制备条件、高温退火处理等手段分别进行考察,观察其对Co-P/Ni foam催化效果的影响。实验表明:在泡沫镍基体上镀覆Co-P合金能够显著提高基体的催化效率。当化学镀时间为10 min时,在10mA?cm-2的电流密度条件下,电解水析氧的过电位约为306 mV,Tafel斜率为51.1mV?dec-1,阻抗拟合图表明该催化剂具有较小的阻抗。在两电极测试体系中,10mA?cm-2的电流密度的催化电位为1.67 V。Co-P/Ni foam复合催化剂表现出优异的稳定性,经过25 h稳定性测试后,复合催化剂的形貌由颗粒状变为由短棒状组成的网格结构,并且没有发生脱落,证明镀层催化剂与基体之间具有良好的结合力。