M-TiO2/堇青石催化剂催化KBH4水解析氢性能研究

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本文以TiO2、TiO2/堇青石为载体,用水热合成法,经焙烧及KBH4浸渍等合成了负载型金属催化剂。对以TiO2为载体的Fe-Ni-B/TiO2催化剂,通过向其表面负载Ag,改善了该催化剂氢化还原后的抗氧化能力。对Fe-Ni-B/TiO2/堇青石催化剂的制备工艺进行了深入研究。研究表明,催化剂的最佳合成工艺及条件为:150℃水热合成→500℃焙烧3h→KBH4浸渍→400℃氢气还原。利用该合成工艺,分别以FeSO4·7H2O、Fe(NO33·9H2O、FeCl2·4H2O、Co(NO32·6H2O、CoSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、Ni(NO32·6H2O、NiSO4·6H2O及NiCl2·6H2O为浸渍液,制备了单组分负载型金属催化剂,研究表明,氢化还原后的催化剂催化析氢寿命短,因此,在合成单组分催化剂时未引入氢化还原工艺环节。催化析氢性能结果表明,以Fe(NO33·9H2O和CoCl2·6H2O为浸渍液所合成的Fe/TiO2/堇青石催化剂及CoTiO3/堇青石催化剂催化析氢性能最佳。KBH4浸渍可明显改善催化剂的催化析氢性能。对Fe/TiO2/堇青石催化剂而言,KBH4浸渍过程将催化剂表面的氧化铁还原为单质铁,XRD及XPS测试均表明催化剂真正起到催化析氢性能的活性组分为单质铁;对CoTiO3/堇青石催化剂而言,催化剂表面的氧化钴阻碍催化剂催化析氢性能,KBH4浸渍过程将催化剂表面的氧化钴还原为单质钴而脱落,XRD及XPS测试均表明KBH4浸渍可达到更加充分地利用催化剂表面活性组分CoTiO3催化析氢的目的。用紫外-可见分光光度法对CoTiO3/堇青石催化剂表面钴元素的质量百分含量进行测定,研究结果表明,随催化剂表面钴元素含量的增加,催化剂催化析氢性能提高。实验表明,当用过饱和的CoCl2·6H2O溶液为浸渍液时,虽然钴元素负载量增大,但是,催化剂在催化析氢过程中活性组分会脱落。当以饱和的CoCl2·6H2O溶液为浸渍液时,催化剂基本能得到最佳的催化析氢性能。CoTiO3/堇青石催化剂具有优良的催化碱性KBH4溶液水解析氢的性能,当KBH4溶液中NaOH浓度为18%时,催化析氢性能最佳。原因可能是由于溶液中OH-浓度的提高,使得KBH4溶液与催化剂表面的接触状态发生改变,从而改良了KBH4溶液在催化剂表面的传质效应。SEM表明CoTiO3/堇青石催化剂表面为颗粒较小的CoTiO3,比表面积及孔径分布测试表明该催化剂比表面积为5.58m2·g-1,平均孔径为14.91nm。利用该催化剂催化KBH4水解析氢,可实现为不同功率的PEFMC动力系统提供氢源。
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