負(fù)載型雙金屬催化劑用于氨分解制氫.pdf

1、氨分解制氫是一種有前景的燃料電池原位供氫技術(shù)。大量多相催化氨分解研究表明，金屬催化劑表面氮的吸附能和氨分解活性之間存在著火山型曲線的關(guān)系，且常見的氨分解單金屬催化劑表面氮的吸附能順序為Ni

2、為載體，以非貴金屬Ni、Co、Fe和Mo為活性組分制備一系列單金屬催化劑（Ni、Co、Fe、Mo）和雙金屬催化劑（Fe-Co、Fe-Ni、Mo-Co、Mo-Ni），分別考察了它們在常規(guī)多相催化條件和等離子體催化條件下的氨分解活性，并對催化劑進行了詳細(xì)的物化性質(zhì)表征，得到如下結(jié)果和結(jié)論：
　　1、常規(guī)多相催化條件下，相比于其他7種催化劑，F(xiàn)e-Co雙金屬催化劑的氨分解活性較好，且熱催化條件下Fe-Co雙金屬催化劑的氨分解反應(yīng)表觀活化

3、能最低。對于Fe-Co雙金屬催化劑，F(xiàn)e/Co摩爾比為5/5的5Fe-5Co/SiO2催化劑具有最佳的氨分解活性和可靠的穩(wěn)定性。當(dāng)5Fe-5Co/SiO2催化劑的床層溫度為630℃、反應(yīng)空速為14400h-1時，氨氣轉(zhuǎn)化率達(dá)到了100%。結(jié)合X射線衍射、H2-程序升溫還原和高分辨透射電子顯微鏡表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在雙金屬催化劑5Fe-5Co/SiO2中，Co3O4（311）晶面與Fe2O3（104）晶面形成尖晶石結(jié)構(gòu)CoFe2O4，該結(jié)構(gòu)有利

4、于反應(yīng)過程中形成合金CoFe15.7，從而避免Fe以及Co的團聚，促進活性組分的分散。這可能是催化劑具有較好氨分解活性的原因。
　　2、等離子體催化條件下，相比于其他7種催化劑，F(xiàn)e-Ni雙金屬催化劑的氨分解活性較好，且等離子體催化條件下Fe-Ni雙金屬催化劑的氨分解反應(yīng)表觀活化能最低。對于Fe-Ni雙金屬催化劑，F(xiàn)e/Ni摩爾比為6/4的6Fe-4Ni/SiO2催化劑具有最佳的氨分解活性和可靠的穩(wěn)定性。當(dāng)放電功率為48W、反應(yīng)空

5、速為14400h-1時，6Fe-4Ni/SiO2雙金屬催化劑的床層溫度為550℃，氨氣轉(zhuǎn)化率達(dá)到了99.3%。結(jié)合X射線衍射、H2-程序升溫還原和高分辨透射電子顯微鏡表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在雙金屬催化劑6Fe-4Ni/SiO2中，NiO（200）晶面可與Fe2O3（104）晶面形成尖晶石結(jié)構(gòu)NiFe2O4，該結(jié)構(gòu)避免Fe2O3的凝聚。另外該催化劑中Fe和Ni在氨分解反應(yīng)過程中容易維持在金屬態(tài)，吸附的N原子較容易脫附。這可能是催化劑具有最好氨分解

6、活性的原因。
　　3、通過比較熱催化、等離子體以及等離子體催化條件下的氨分解轉(zhuǎn)化率，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電等離子體與多相催化劑之間有顯著的協(xié)同效應(yīng)。Fe、Co、Ni和Mo四種單金屬催化劑中Co/SiO2催化劑與等離子體的氨分解協(xié)同能力較強；摩爾比為1:1的Fe-Co、Fe-Ni、Co-Mo、Ni-Mo四種雙金屬催化劑中5Fe-5Ni/SiO2催化劑與等離子體的氨分解協(xié)同能力較強。等離子體的存在顯著地將5Fe-5Ni催化劑表面氨分解反應(yīng)表