碘硫循环中碘化氢分解用新型催化剂的制备与表征

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氢能被认为是最理想的二次能源,然而传统制氢方法由于存在一些自身难以克服的缺点而限制了氢能的发展。核能制氢方法由于具有无CO2排放、预期效率高、经济性好等优点而受到人们的广泛关注。碘硫热化学循环分解水制氢是目前具有发展前景的核能制氢技术之一。碘化氢非均相催化分解是碘-硫循环制氢技术中的关键产氢步骤。然而,目前各碘硫研究组所普遍采用的碘化氢分解用负载型单金属催化剂活性与稳定性均不理想。因此,研究新型碘化氢分解催化剂对于促进碘化氢高效稳定分解,进而提高碘硫循环制氢效率具有重要的理论与实际意义。本论文的研究思路是:向碘化氢分解常用的单金属Pt催化剂中,引入第二金属组分,研究第二金属种类、双金属组成对Pt基催化剂结构、粒子大小与分布、性能等的影响,从而制备出稳定性高、催化活性优良的负载型双金属催化剂。论文首先制备了8种活性炭负载的单金属(Pt,Pd,Ni,Rh,Ir,Co,Ru和Ag)催化剂,在常压固定床反应器上评价了其碘化氢分解催化性能,结果显示,活性炭负载的Pt和Pd催化剂表现出很好的催化活性。然后,采用浸渍-还原法制备了3种活性炭负载的Pt基双金属(Pt-Pd,Pt-Ni和Pt-Rh)催化剂。活性评价与相关表征结果表明,与单金属Pt催化剂相比,Pt基双金属催化剂表现出较好的活性与稳定性。为了进一步研究双金属组成对催化剂结构与性能的影响,选择Pd为第二金属组分,采用浸渍-还原法制备了系列Pt-Pd双金属催化剂及单金属5Pt/AC和5Pd/AC催化剂。活性评价结果表明,组成对于Pt-Pd双金属催化剂的活性影响较大,在所制备的单双金属催化剂中,2.5Pt-2.5Pd/AC催化剂表现出优良的碘化氢分解催化活性和较高的稳定性。为了进一步提高催化剂的稳定性和活性,选择Ir为第二金属组分,采用浸渍-还原法制备了系列Pt-Ir双金属催化剂,并优化出2.5Pt-2.5Ir/AC进行了70h的长时间活性实验。结果表明,Pt-Ir双金属催化剂的稳定性和活性都等到了提高。论文还采用化学镀法探索制备了系列Pt-Ni/AC及Pd-Ni/AC双金属催化剂。研究结果表明,催化剂Pt-Ni/AC在高温反应条件的催化活性明显优于单金属Pt催化剂;与Ni和Pd单金属催化剂相比,1Pd-1Ni/AC催化剂活性最高。而且催化剂的稳定性普遍高于单Pd和单Ni金属催化剂。
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