非貴金屬-石墨烯納米復(fù)合材料的合成及其催化制氫.pdf

1、氫氣作為一種存儲量豐富、能量密度高的綠色清潔能源，備受人們的關(guān)注。氫氣的安全存儲與運輸是氫能源技術(shù)面臨的的最大挑戰(zhàn)之一。氨硼烷由于具有高的儲氫含量成為目前理想的儲氫材料之一。為實現(xiàn)氨硼烷制氫的實際應(yīng)用，發(fā)展廉價高效的催化劑是目前研究的熱點。石墨烯作為一種新型的單原子層厚度的二維納米碳材料，比表面積大，電導(dǎo)率高，是一種理想的生長或固定具有高分散性金屬納米粒子的載體，對于提高催化劑的活性有著潛在的能力。本論文合成、表征了石墨烯負(fù)載的金屬納米

2、粒子，并探索了它們作為氨硼烷水解催化劑的制氫研究。主要內(nèi)容如下：
　　采用簡單的原位還原合成方法，利用氨硼烷作為還原劑，在室溫下一步還原氧化石墨烯和硫酸銅混合溶液合成了石墨烯負(fù)載銅（Cu/RGO）催化劑。結(jié)果表明，得到的尺寸小于5 nm的銅納米粒子很好的分散在石墨烯片層上。該催化劑對于氨硼烷水解制氫具有優(yōu)異的催化活性，轉(zhuǎn)化頻率值（TOF）為3.6 mol H2 mol Cu-1 min-1，這是目前利用單質(zhì)銅納米粒子催化氨硼烷水解

3、反應(yīng)的最高值。
　　與單金屬組分相比，雙金屬往往表現(xiàn)出增強(qiáng)的催化性能。利用氨硼烷作為還原劑，一步原位共還原六水氯化鈷、六水氯化鎳和氧化石墨烯混合溶液，成功制備了具有磁性的石墨烯負(fù)載鈷鎳納米催化劑（CoNi/graphene）。表征結(jié)果表明， Co-Ni納米粒子很好的分散在石墨烯片層上。對于催化氨硼烷水解反應(yīng)，制備的雙金屬催化劑的催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了單金屬，尤其是Co0.5Ni0.5/graphene，催化氨硼烷水解的TOF值為19.

4、5 mol H2 mol metal-1 min-1，活化能為39.9 kJ mol?1。由于制備的催化劑具有磁性，通過使用磁鐵，催化劑可以很容易與溶液分離，進(jìn)行回收，并且在循環(huán)5次之后還能保持比較高的活性。
　　通過簡單的共還原的方法，在室溫成功的合成了鎳-二氧化鈰/石墨烯（Ni-CeO2/graphene）催化劑。通過對比發(fā)現(xiàn)，對于催化氨硼烷水解， Ni-CeO2/graphene相對于Ni/graphene以及Ni-CeO2

5、表現(xiàn)出更為優(yōu)異的催化活性。同時該催化劑對于氨硼烷水解制氫的TOF值為68.2 mol H2 mol Ni-1 min-1，是目前利用非貴金屬催化氨硼烷水解反應(yīng)的最高值。采用相同的方法合成了Co-CeO2/graphene催化劑，該催化劑催化氨硼烷水解同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，TOF值為45.1 mol H2 mol Co-1 min-1。這種簡單有效的合成方法有望推廣到其他的催化體系。所獲得的有前景的結(jié)果為氨硼烷水解制氫的實際應(yīng)用的開辟了一