二氧化硅负载钌催化剂催化氨硼烷水解产氢研究

doi:10.11962/1006-4990.2019-0398

无机盐工业 ›› 2020, Vol. 52 ›› Issue (5): 81-85.doi: 10.11962/1006-4990.2019-0398

二氧化硅负载钌催化剂催化氨硼烷水解产氢研究

孙海杰,刘欣改,陈志浩(),陈凌霞(),李聪聪,梅洋洋

郑州师范学院化学化工学院,河南郑州 450044

收稿日期:2019-11-24 出版日期:2020-05-10 发布日期:2020-05-21
通讯作者: 陈志浩,陈凌霞
作者简介:孙海杰（1982— ）,男,博士,副教授,研究方向为物理化学、催化化学;E-mail：sunhaijie406@163.com。
基金资助:
国家级大学生创新创业训练计划项目(201912949002);河南省科技攻关项目(192102210139);河南省高等学校青年骨干教师培养计划(2019GGJS252);河南省高等学校重点科研项目(18A150018);郑州师范学院环境催化科研创新团队(702010);郑州师范学院大学生创新实验计划项目(DCZ2018022)

Research on Ru/SiO₂ catalysts for hydrogen generation from catalytic hydrolysis of ammonia borane

Sun Haijie,Liu Xingai,Chen Zhihao(),Chen Lingxia(),Li Congcong,Mei Yangyang

School of Chemistry and Chemical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450044,China

Received:2019-11-24 Online:2020-05-10 Published:2020-05-21
Contact: Chen Zhihao,Chen Lingxia

摘要/Abstract

摘要：

采用浸渍-还原法制备了Ru/SiO₂催化剂,并考察了钌负载量、还原剂硼氢化钠的用量、还原温度以及反应条件对催化剂Ru/SiO₂催化BH₃NH₃水解产氢的影响。结果表明,在钌的负载量为0.1%（质量分数）、还原剂硼氢化钠与钌的物质的量比为2.2∶1、还原温度为303 K时制备的催化剂,催化BH₃NH₃水解产氢速率最快[转化频率TOF为140.8 L H₂/（mol Ru·min）]。搅拌转速为450 r/min时,氨硼烷向催化剂表面传质最快,产氢速率最大。氨硼烷水解反应由催化剂界面反应控制,产氢速率与催化剂用量成正比。随着反应温度的升高,Ru活化的氨硼烷分子能量增加,反应速率逐渐增加。反应动力学计算表明Ru/SiO₂催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度为零级反应,活化能为45 kJ/mol。

关键词: 钌, 二氧化硅, 氨硼烷, 产氢

Abstract:

Ru/SiO₂ catalysts were synthesized via an impregnation-reduction method.The effect of Ru loading amount,amount of NaBH₄ as the reducing agent,reduction temperature as well as the reaction conditions was investigated on the hydrogen generation from hydrolysis of BH₃NH₃ over Ru/SiO₂ catalyst.Results showed that when Ru/SiO₂ was prepared under the condi-tions as follows: Ru loading amount was 0.1%（mass fraction）,n（NaBH₄）∶n（Ru）=2.2∶1 and reduction temperature was 303 K,the highest catalytic activity towards hydrogen generation from hydrolysis of BH₃NH₃ was observed and the turnover frequency （TOF） reached up to 140.8 L/（mol·min）,the volume-to-molar ratio of H₂ to Ru .When stirring speed reached 450 r/min,the highest BH₃NH₃ adsorption rate was observed,leading to the highest reaction rate of hydrogen generation.Further,hydrolysis of BH₃NH₃ was controlled by the surface reaction of catalyst,and the catalytic activity towards hydrogen production increased with enhancing the amount of used catalyst.With increasing the reaction temperature,the activation energy of BH₃NH₃ was enhanced over Ru,resulting in the improvement of reaction rate.According to the kinetic study,H₂ production from the hydro-lysis of BH₃NH₃ over Ru/SiO₂ was a zero order reaction against the concentration of BH₃NH₃,and the Eawas 45 kJ/mol.

Key words: Ru, SiO₂, BH₃NH₃, H₂ generation

中图分类号:

TQ127.2

孙海杰,刘欣改,陈志浩,陈凌霞,李聪聪,梅洋洋. 二氧化硅负载钌催化剂催化氨硼烷水解产氢研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(5): 81-85.

Sun Haijie,Liu Xingai,Chen Zhihao,Chen Lingxia,Li Congcong,Mei Yangyang. Research on Ru/SiO₂ catalysts for hydrogen generation from catalytic hydrolysis of ammonia borane[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2020, 52(5): 81-85.

图/表 8

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表1

参考文献 18

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催化剂	活化能/ （kJ·mol^-1）	催化剂	活化能/ （kJ·mol^-1）
Ru/γ-Al₂O₃^[14]	67	Ru/Mico HAP^[17]	58
Ru/C^[15]	76	Ru/Ce（OH）CO₃^[18]	60
Ru/ Al₂O₃^[16]	48	Ru/SiO₂（本实验）	45

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