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碳纳米管的制备及负载非晶态NiB合金的催化性能的研究

王敏炜  
【摘要】:通过催化化学气相沉积法(CCVD)和多孔氧化铝模板法(PAAO)制备了碳纳米管,研究了催化剂的制备条件、反应条件、La含量等对碳纳米管合成的影响,应用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等对催化剂和碳纳米管进行了表征;以硝酸氧化法对所合成的碳纳米管进行了纯化及开管,并以此碳纳米管为载体,以化学还原法与浸渍法相结合制备了非晶态NiB/CNTs催化剂,以苯脉冲加氢为探针反应,考察了碳纳米管的预处理、浸渍液的浓度及不同载体对催化剂催化性能的影响,应用XRD、ICP、SEM、TEM、BET、DSC、XPS、H_2-TPD、TPR等方法对各种样品进行了表征。实验结果表明:用柠檬酸法制备催化剂前驱物时,柠檬酸的浓度和活化温度对催化剂的结构和颗粒大小都有影响,进而影响了碳纳米管的生长;反应条件的选择对碳纳米管的合成起着重要作用;催化剂中La的加入能使所合成的碳纳米管管径更细,石墨化程度更高,热稳定性更好。铝片的纯度对氧化铝膜的生成影响很大,只有采用交流电沉积法将镍浸渍到氧化铝膜上,氧化铝膜才能体现模板作用。用硝酸氧化法对碳纳米管进行纯化和开管时,反应条件的控制尤为重要。将碳纳米管进行开管及在低于373K的温度下热处理后作为非晶态NiB合金的载体,可使催化剂显示更佳的加氢活性,因为开管可使碳纳米管的内外表面都得到充分利用,而低温热处理则可使碳纳米管表面的含氧基团不被破坏,有利于活性组分在其表面的附着:碳纳米管表面的价电子结合能较低,易失去,这使得碳纳米管在催化剂中还充当了电子助剂的作用,将电子部分转移到活性组分镍物种上形成富电子镍,从而促进了NiB/CNTs催化剂的反应活性;碳纳米管独特的孔道结构限制了非晶态合金颗粒的聚集,使之在较高温度下仍能保持非晶态结构,提高了NiB/CNTs催化剂的热稳定性;碳纳米管对CS_2强吸附性能使得NiB/CNTs催化剂的耐硫性能不佳;碳纳米管表面的化学惰性及给电子性能使非晶态NiB/CNTs更易于被还原;碳纳米管良好的储氢性能使之在加氢反应过程中可以提供高浓度的氢氛围以促进加氢反应的进行。


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