负载型双金属催化剂用于氨分解制氢

日期: 2024-05-30 08:11:27|浏览: 24|编号: 70468

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负载型双金催化剂用于氨分解制氢

概括:

氨分解产氢是一种很有前景的燃料电池原位供氢技术。大量非均相催化氨分解研究表明,氮在金属催化剂表面的吸附能与氨分解活性存在火山型曲线关系,常用单金属氨分解催化剂表面氮吸附能大小顺序如下。其中Ru具有最合适的金属-氮吸附能,通过调节Ru两侧非贵金属的摩尔比制备具有合适N吸附能的廉价双金属催化剂成为氨分解研究的重要方向。介质阻挡放电等离子体技术可以提高非贵金属催化剂的低温氨分解活性。 本文以白炭黑为载体,非贵金属Ni、Co、Fe、Mo为活性组分,制备了一系列单金属催化剂(Ni、Co、Fe、Mo)和双金属催化剂(Fe-Co、Fe-Ni、Mo-Co、Mo-Ni),分别考察了它们在常规非均相催化条件和等离子体催化条件下的氨分解活性,并对催化剂的物理化学性能进行了详细的表征。得到以下结果与结论:1.在常规非均相催化条件下,Fe-Co双金属催化剂具有优于另外7种催化剂的氨分解活性,且在热催化条件下Fe-Co双金属催化剂的氨分解反应表观活化能最低。在FeCo双金属催化剂中,Fe/Co摩尔比为5/5的5Fe-5Co/SiO_2催化剂具有最好的氨分解活性且稳定性可靠。 当5Fe-5Co/SiO_2催化剂床层温度为630 oC、反应空速为-1时,氨转化率达100%。

结合X射线衍射、H_2程序降温及高分辨透射电镜表征结果发现,在双金属催化剂5Fe-5Co/SiO_2中,(311)晶面与(104)晶面形成了尖晶石结构,有利于反应过程中合金的形成。7,从而避免了Fe和Co的团聚,促进了活性组分的分散。这可能是该催化剂具有良好氨分解活性的原因。2.在等离子体催化条件下,与其他7种催化剂相比,Fe-Ni双金属催化剂具有更好的氨分解活性,并且Fe-Ni双金属催化剂在等离子体催化条件下对氨分解反应的表观活化能最低。在Fe-Ni双金属催化剂中,Fe/Ni摩尔比为6/4的6Fe-4Ni/SiO_2催化剂具有最好的氨分解活性和可靠的稳定性。 当放电功率为48W、反应空速为-1时,6Fe-4Ni/SiO_2双金属催化剂床层温度为550 oC,氨转化率达99.3%。结合X射线衍射、H_2程序降温及高分辨透射电镜表征结果发现,在双金属催化剂6Fe-4Ni/SiO_2中,NiO(200)晶面能与(104)晶面形成尖晶石结构,避免了团聚。

此外催化剂中的Fe和Ni在氨分解反应过程中容易保持金属状态,吸附的N原子易于脱附,这可能是该催化剂具有最好氨分解活性的原因。3.通过对比热催化、等离子体及等离子体催化条件下的氨分解转化率发现,介质阻挡放电等离子体与多相催化剂之间存在明显的协同效应,在Fe、Co、Ni和Mo四种单金属催化剂中,Co/SiO_2催化剂与等离子体对氨分解的协同能力更强;在摩尔比为1∶1的Fe-Co、Fe-Ni、Co-Mo和Ni-Mo四种双金属催化剂中,5Fe-5Ni/SiO_2催化剂与等离子体对氨分解的协同能力更强。 等离子体的存在使5Fe-5Ni催化剂表面氨分解反应的表观活化能由71.7 kJ/mol显著降低至61.7 kJ/mol,这可能是其与等离子体对氨分解具有较强的协同能力的原因。

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