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化学镀制备Co基催化剂及其催化硼氢化钠水解制氢的研究

张晓伟  
【摘要】: 为了克服未来能源短缺和环境污染问题,大力发展和利用氢能的技术具有重要作用。燃料电池作为氢能利用的有效载体,可以将氢气和大气中的氧气结合转化成电能。但是,氢气作为燃料电池的燃料也存在许多困难,主要是缺乏安全、高效的储氢技术和便捷的供氢方式。硼氢化钠理论含氢量高(10.6wt%)、碱性溶液中较稳定、环境友好、副产物可利用。硼氢化钠(NaBH4)水解放氢是一种轻便、实用的新型氢气发生技术。在催化剂的作用下,高纯度的氢气可从碱性硼氢化钠溶液中可控的释放。贵金属如Pt、Ru对硼氢化钠水解有较高的催化活性。但是贵金属催化剂昂贵的价格和有限的储量限制了它们的广泛应用。因此,研究价格低廉、性能优异的硼氢化钠水解催化剂十分必要。本文围绕Co基催化剂的制备、表征、性能开展研究,主要内容如下: (1)以Cu片为基底,通过化学镀的方法成功制备了Co-P、Co-B催化剂,详细研究了其制备条件(pH值、还原剂浓度、化学镀时间、温度)对催化剂形貌、组成和结构的影响,并且考察了不同制备条件对Co-P沉积速率的影响。 (2)将所制备的Co-P、Co-B催化剂应用于催化硼氢化钠水解制氢研究。性能测试结果表明:在pH值为12.5,NaH2PO2浓度为0.8M,化学镀的时间不多于6分钟的条件下,所制备的Co-P具有最佳催化活性,其放氢速率为1846mLmin-1 g-1。在pH值为12.5,NaBH4浓度为0.8 gL-1,温度为40℃的条件下,所制备的Co-B性能最优,放氢速率达到4218mL min-1 g-1。此外,所合成的催化剂展现出一定的循环使用性能。 研究结果为廉价Co基合金催化剂在NaBH4水解制氢中的实际应用提供了实验基础。


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