氨催化分解用銥基催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、質子交換薄膜燃料電池(PEMFC)以氫氣作為燃料源，無污染、無噪音，其能量轉化效率是40％--60％，因而倍受關注。氨催化分解產物只有氫氣和氮氣，沒有分解的氨氣適當處理后其濃度可以降低到2×10<'-7>以下；另外，氨氣的存儲也比較方便，室溫、810.4 KPa左右條件下，氨氣以液體的形式存在。氨氣可以人工合成，來源廣泛，氨的儲氫能力(17.7 wt％)和能源密度(3000 Wh/kg)明顯高于甲醇等碳氧化合物，從而能夠降低成本。另外，

2、氨催化分解產生的氫、氮混和氣，可代替純氫氣作為一種還原性氣體應用于鋼鐵和電子產業(yè)。 貴金屬銥(Ir)歸屬于第Ⅷ族過渡元素，是一種稀有貴金屬，而且是高級戰(zhàn)略材料。目前銥(Ir)作為催化劑使用主要用在肼等推進劑的催化分解、汽車尾氣凈化和不飽和碳氫化合物的加氫催化劑。在保證銥(Ir)催化劑的低溫高活性、穩(wěn)定性和抗燒結性同時，降低銥(Ir)催化劑的成本是現在研究的熱點之一，而添加適量助催化劑是降低銥(Ir)含量的有效手段；文獻表明，通過

3、采用新的制備方法或控制制備條件來控制負載型銥(Ir)催化劑的粒子大小和晶相，從而提高活性組分的分散度是必要的，也是可行的。 本文以氨氣催化分解為模型反應，首先從催化劑的基本制備條件著手，通過對Ir/SiO<,2>催化劑的焙燒溫度、焙燒氣氛和還原溫度的研究，結合H<,2>-TPR和H<,2>-TPD等表征結果，比較深入地研究了催化劑制備條件對催化劑的還原性質以及對氫氣吸附--脫附性能的影響。實驗發(fā)現，以丙酮為溶劑制備的銥(Ir)催

4、化劑的催化活性明顯高于以水為溶劑制備的催化劑，其主要原因是丙酮溶劑能夠在催化劑焙燒過程中提高活性組分的分散度；焙燒溫度和還原溫度對銥(Ir)催化劑的性能和結構影響很大，350℃左右的溫度焙燒時催化劑表現出較高的催化活性。氫氣和氬氣氣氛中焙燒的催化劑均表現出比空氣氣氛更高的催化活性。H<,2>-TPD表征說明，與空氣焙燒相比，氫氣和氬氣焙燒增強了銥(Ir)催化劑活性組分Ir對H<,2>的吸附能力。堿金屬助劑(Li、Na和K)在氨催化分解中

5、起電子助劑的作用，電子助劑的電負性越低，其提供電子的能力越強，從而其催化活性就越高。助劑Ba的添加顯著提高了Ir/SiO<,2>催化劑的氨催化分解活性，結合H<,2>-TPK表征結果說明助劑Ba起電子助劑和結構助劑的雙重作用，一方面與活性組份發(fā)生協(xié)同作用，改變了催化劑的活性中心狀態(tài)；另一方面，助劑Ba的加入可明顯提高Ir/SiO<,2>催化劑的熱穩(wěn)定性，原因在于活性組分Ir燒結的過程中能被BaO捕獲，導致活性物種Ir的再分散，提高了催化