无机盐工业
主管:中海油天津化工研究设计院有限公司
主办:中海油天津化工研究设计院有限公司
   中海油炼油化工科学研究院(北京)有限公司
   中国化工学会无机酸碱盐专业委员会
ISSN 1006-4990 CN 12-1069/TQ
催化材料

铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢性能研究

  • 孙海杰 ,
  • 梅洋洋 ,
  • 陈志浩 ,
  • 陈凌霞 ,
  • 张巧玉 ,
  • 刘欣改
展开
  • 1.郑州师范学院化学化工学院,河南郑州 450044
    2.中国烟草研究院郑州烟草研究院
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

收稿日期: 2020-07-13

  网络出版日期: 2021-01-08

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)

Performance of Fe,Co,Ni,Cu and Zn catalysts for hydrogen generation from catalytic hydrolysis of ammonia borane

  • Haijie Sun ,
  • Yangyang Mei ,
  • Zhihao Chen ,
  • Lingxia Chen ,
  • Qiaoyu Zhang ,
  • Xingai Liu
Expand
  • 1. School of Chemistry and Chemical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450044,China
    2. Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC

Received date: 2020-07-13

  Online published: 2021-01-08

摘要

采用浸渍-还原法制备了铁、钴、镍、铜和锌催化剂,考察了其催化氨硼烷水解产氢性能,并优化了钴催化剂的制备条件和反应条件。结果发现,铁催化剂中铁以Fe2B合金相存在,钴催化剂中钴以金属钴存在,镍催化剂中镍以金属镍和Ni(OH)2·2H2O存在,铜催化剂中铜以金属铜和氧化亚铜存在,锌催化剂中锌以Zn4SO4(OH)6·4H2O存在。铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢活性由大到小顺序为钴催化剂、镍催化剂、铜催化剂、铁催化剂、锌催化剂。显然,具有金属钴相的钴催化剂、金属镍相的镍催化剂和金属铜相的铜催化剂催化氨硼烷产氢活性高于具有Fe2B合金相的铁催化剂。锌催化剂在制备条件下不能被还原为金属相,它几乎没有催化氨硼烷产氢活性。氯化钴与还原剂硼氢化钠的物质的量比为1∶1.3、还原温度为303 K时制备的钴催化剂催化BH3NH3水解产氢性能最佳。反应动力学计算表明钴催化剂催化BH3NH3水解产氢反应对氨硼烷浓度的反应级数为零级,对钴催化剂浓度的反应级数为一级,活化能为58 kJ/mol。

关键词: ; 过渡金属; 氨硼烷; 产氢

本文引用格式

孙海杰 , 梅洋洋 , 陈志浩 , 陈凌霞 , 张巧玉 , 刘欣改 . 铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢性能研究[J]. 无机盐工业, 2021 , 53(1) : 102 -106 . DOI: 10.11962/1006-4990.2020-0061

Abstract

Fe,Co,Ni,Cu and Zn catalysts were synthesized with impregnation-reduction method,which were evaluated for the hydrogen generation via catalytic hydrolysis of BH3NH3.It was found that,Fe existed as Fe2B in Fe catalysts;Co existed as metallic Co;Ni existed metallic Ni and Ni(OH)2·2H2O;Cu existed as metallic Cu and Cu2O;Zn existed as Zn4SO4(OH)6·4H2O in their corresponding catalysts.In addition,the highest catalytic activity was obtained over Co catalyst,while the lowest cat-alytic activity was observed over Zn catalyst.The catalytic activity over Fe catalysts,Co catalysts,Ni catalysts,Cu catalysts and Zn catalysts was ranked in the order from big to small as Co catalysts,Ni catalysts,Cu catalysts,Fe catalysts and Zn cata-lysts.It was obvious that the catalytic activity over Co,Ni and Cu catalysts with their corresponding metallic state was superior to that obtained over Fe catalyst containing Fe2B alloy phase.Furthermore,nearly no catalytic activity can be observed over Zn catalyst,since it cannot be reduced to metallic state under the preparation condition in this work.When CoCl2 was reduced at 303 K using NaBH4,the reducing agent with molar ratio as 1∶1.3,the highest catalytic activity towards hydrogen production can be achieved.According to the kinetic calculation,it was suggested that the hydrolysis of BH3NH3 towards hydrogen gener-ation over Co catalyst was a zero order and the first order reaction in corresponding to the concentration of BH3NH3 and amount of used Co catalyst,respectively.The activation energy was 58 kJ/mol.

参考文献

[1] 李慧珍, 王芃远, 陈学年. 氨硼烷:一种高性能化学储氢材料[J]. 科学通报, 2014,59(19):1823-1837.
[2] 孙海杰, 陈凌霞, 张玉凤, 等. 钴-硼/二氧化锆催化剂催化硼氢化钠水解制氢研究[J]. 无机盐工业, 2019,51(3):72-76.
[3] 孙海杰, 陈凌霞, 黄振旭, 等. 第四周期过渡金属催化硼氢化钠水解制氢研究[J]. 无机盐工业, 2017,49(5):14-17.
[4] 孙海杰, 黄振旭, 王雅苹, 等. 非晶态合金Ru-B/ZrO2催化剂催化硼氢化钠水解制氢性能的研究[J]. 化工新型材料, 2018,46(1):102-105.
[5] 张帅, 王斯瑶, 姜召, 等. 静电纺丝技术在氨硼烷水解脱氢催化剂制备中的应用[J]. 化工进展, 2019,38(7):3194-3206.
[6] 杨晓婧, 尚伟, 李兰兰, 等. 金属催化氨硼烷制氢研究进展[J]. 电源技术, 2014,38(7):1387-1389.
[7] 杨宇雯, 冯刚, 卢章辉, 等. 原位合成钴/还原氧化石墨烯纳米粒子催化氨硼烷制氢[J]. 物理化学学报, 2014,30(6):1180-1186.
[8] 徐凤勤, 胡小飞, 程方益, 等. 多孔碳负载镍纳米颗粒的制备及催化氨硼烷水解制氢[J]. 无机化学学报, 2015,31(1):103-108.
[9] 黄维, 胡娜, 桂田, 等. 沸石咪唑酯骨架结构材料Co-ZIF-9催化氨硼烷水解制氢[J]. 江西师范大学学报:自然科学版, 2015,39(4):404-410.
[10] 程军, 邹勇进, 向翠丽, 等. 纳米多孔Co-Ni-B/Cu-BTC复合材料的制备及其催化水解氨硼烷的研究[J]. 功能材料, 2016,47(6):6152-6157.
[11] 杨昆, 姚淇露, 卢章辉, 等. 快速合成廉价CuMo纳米粒子高效催化氨硼烷水解产氢[J]. 物理化学学报, 2017,33(5):993-1000.
[12] 孙海杰, 江厚兵, 李帅辉, 等. 纳米Ru-Mn/ZrO2催化剂上苯选择加氢制环己烯[J]. 催化学报, 2013,34(4):684-694.
[13] 邵阳阳, 靳惠明, 俞亮, 等. Mo掺杂Co-B非晶态合金的制备及催化硼氢化钠水解制氢性能[J]. 材料导报, 2020,34(2):2063-2066.
[14] 孙海杰, 陈凌霞, 黄振旭, 等. Ru-Zn催化剂在苯选择加氢制环己烯反应中的粒径效应[J]. 高等学校化学学报, 2015,36(10):1969-1976.
[15] 孙海杰, 陈秀丽, 黄振旭, 等. NaOH浓度对苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂性能的影响[J]. 化工学报, 2016,67(4):1324-1332.
[16] 孙海杰, 郭伟, 周小莉. 非晶态合金 Ru 基催化剂在苯选择加氢中的应用进展[J]. 催化学报, 2011,32(1):1-16.
[17] 朱玉玲, 郑修成, 刘蒲. 磁性花生壳负载钯催化剂的制备及催化氨硼烷释氢性能[J]. 信阳师范学院学报:自然科学版, 2019,32(2):276-280.
[18] Dong H, Yang H, Ai X, et al. Hydrogen production from catalytic hydrolysis of sodium borohydride solution using nickel boride cat-alyst[J]. Int.J.Hydrogen Energy, 2003,28(10):1095-1100.
[19] 鲍新侠, 于晓飞, 李其明, 等. CoB/ZSM-5非晶态合金负载型催化剂在硼氢化钠水解制氢中的应用[J]. 应用化工, 2014,43(10):1747-1750.
文章导航

/