MOFs负载金属纳米催化剂的合成及其催化氨硼烷水解释氢

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随着社会经济的快速发展,对能源的需求不断增加,传统的化石燃料不仅会带来环境污染而且资源有限,不能满足社会需求。氢能作为21世纪的绿色能源,储量丰富、来源广泛、环保无毒,在氢动力汽车、氢能发电、燃料电池和家庭用氢等方面应用广泛,但是氢能的储存是制约其发展的重大难题之一。氨硼烷作为一种最具潜力的固体储氢材料,储氢密度高、质轻无毒,在合适催化剂作用下可以催化氨硼烷水解释放3个当量的氢气,所以对于开发高性能低成本催化剂催化氨硼烷产氢显得尤为重要。本文分别以双金属和三金属作为活性组分,以金属有机骨架材料MIL-101作为载体,制备高性能的负载型金属纳米催化剂用于催化氨硼烷水解产氢体系中。研究的主要内容包括两个方面:1.采用简单的液相浸渍还原法,制备了不同的非贵金属Co、Cu、Fe、Ni分别和Ag复合负载到MIL-101上的催化剂,应用于氨硼烷水解中发现AgCo@MIL-101的催化活性是最好的,结合XRD、BET、TEM、XPS和ICP-MS对该催化剂的物相组成、形貌、比表面、金属价态和金属负载量等性质进行了表征。探究了不同金属前驱体浓度、种类、摩尔比例和不同载体的负载制备的催化剂的催化性能,实验结果表明金属前驱体浓度为0.6 M的氯盐制备的Ag0.3Co0.7@MIL-101的催化活性最好,其催化氨硼烷室温水解产氢的TOF值为12.4 molH2/(min·molcat),反应活化能为34.53 kJ/mol,该催化剂在重复使用五次之后仍能保持58%的催化活性。2.采用液相还原法,以三元非贵金属Cu-Fe-Co作为活性组分,制备了CuFeCo@MIL-101催化剂,表征了其形貌、组成、比表面、金属价态和负载量。在上述实验的最佳实验条件下对比了三金属催化剂和双金属催化剂的催化性能以及三金属之间的最佳摩尔比例的实验探究。在室温条件下以性能最好的催化剂Cu0.6Fe0.08Co0.32@MIL-101催化氨硼烷水解产氢的TOF值高达23.2 molH2/(min·molcat),反应活化能为37.1 kJ/mol,催化剂在重复使用七次之后仍能保持60%的催化活性。
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