氮化硼纳米片基纳米复合材料的制备及其催化氨硼烷水解产氢性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ztcld2003
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氢被认为是最有前途的“零碳”清洁能源,从储层中释放氢气是储氢材料研究中的一个关键挑战问题。氨硼烷(NH3BH3,AB)以高氢含量(19.6wt%)被认为是潜在的固态储氢材料,其水溶液在适合催化剂存在下可快速水解释放高纯氢。目前已经证明由两种非贵金属形成的复合体系在氨硼烷的水解释氢中具有比较优异的活性,但进一步提高催化活性和稳定性仍是难题。催化活性很大程度上取决于金属纳米粒子(NPs)的尺寸,粒径越小催化性能也越强。与大颗粒相比,纳米尺寸的金属粒子容易形成附聚物,导致催化活性的丧失,因此增强其稳定性是关键。氮化硼纳米片(BNNSs)是一种新型的二维材料,具有较大的比表面积,能为金属纳米粒子的附着提供所需的柔性平滑表面,防止其团聚。理论计算表明,过渡金属与BNNSs表面键合生成的N-pz-Metal-dz2反键杂化物,能增强金属在BNNSs表面的稳定性。在氨硼烷水解反应中纳米氮化硼还可缩短AB水解反应中的诱导时间,降低氢释放温度。以上特性使得BNNSs成为优异的氨硼烷水解释氢催化剂载体材料。本文通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助离子插层法剥离制备氮化硼纳米片,并探究了该方法的剥离机理。使用多种方法对BNNSs的形貌及结构进行了表征,探究了KCl-Li Cl二元体系的加入比、插层离子用量及离心速率等条件对氮化硼剥离效果的影响,在最优条件下氮化硼纳米片的产率可达37%。以剥离制备的氮化硼纳米片为载体,采用简单共还原法制备了不同金属比例的CuCo/BNNSs纳米催化剂,通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)以及电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)等表征其结构与形貌。将制得的催化剂用于催化固态储氢材料氨硼烷水解产氢实验,通过产氢速率评价催化剂催化性能以及循环稳定性。此外,通过向反应液中加入酸碱可以极大提高AB水解速率,探究了AB水解产氢的最佳p H值并对碱性条件下AB水解产氢机理进行了初步分析。在CuCo/BNNSs纳米复合催化剂的基础上,通过掺杂少量Mo成功制备出非晶态CuCo Mo/BNNSs纳米复合催化剂。通过FT-IR、XRD、XPS、SEM、HRTEM以及ICP-AES等表征其结构与形貌。以氨硼烷水解释氢反应评价该复合材料的催化活性及循环使用性能,考察了催化剂用量及氨硼烷浓度对氨硼烷水解释氢反应活性的影响。
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