多孔材料负载铑催化剂的制备及氨硼烷水解脱氢性能研究

作     者：陈俊吉 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵天翔

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：氨硼烷 水解 铑基催化剂 机械化学法 氧化铝 

摘      要：工业的快速发展使得化石燃料大量消耗,由此带来的能源危机和环境问题日益突出。氢能是一种清洁的可再生能源,由于其热值高、来源广泛等优点,是化石燃料的一种理想替代品。然而,由于氢气固有的属性,使得其不利于储存运输。在化学储氢材料中,氨硼烷具有储氢量高、无毒等优点,有望用于解决氢能的储运难题,但氨硼烷在环境温度下较为稳定,难以实现快速的水解析氢,往往需要使用特定的催化剂。为了提高氨硼烷水解产氢的速率和简化催化剂的制备方法,本文创新性采用机械化学法,制备了具有高比表面积的介孔氧化铝负载铑的催化剂（Rh/meso-AlO）,探讨了催化剂用于氨硼烷水解脱氢的性能及机理。具体研究内容如下:（1）采用机械化学法,将异丙醇铝前驱体、三氯化铑、模板剂（十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、P123、F127）进行自组装,然后高温焙烧构筑了多种Rh/meso-AlO催化剂,并将其用于氨硼烷（AB）的水解脱氢。研究结果表明,Rh/AlO-CTAB-400催化剂在298 K条件下水解脱氢反应的转换频率（TOF）和活化能（E）分别为246.8 mol ·mol ·min和47.9 kJ·mol,而且Rh/AlO-CTAB-400催化剂可以通过简单的离心分离进行回收,经过五次循环后仍能保持良好的催化活性。机理研究表明Rh粒子被均匀负载在载体AlO上,且载体高的比表面积和独特的介孔结构是其高活性的原因。（2）尽管以异丙醇铝作为前驱体制备的催化剂对氨硼烷水解脱氢具有优异的催化活性,但受制于原料较高的成本。于此,实验以廉价的硝酸铝作为前驱体,通过机械化学的方法与三氯化铑、模板剂十六烷基三甲基溴化铵进行自组装,然后焙烧同样获得了比表面积高达241 m·g的AlO负载铑基金属催化剂。相比于传统的湿化学AlO合成法,具有更高的效率,制备过程因无溶剂也更加绿色。研究发现通过简单地调整模板剂十六烷基三甲基溴化铵的用量和煅烧温度,可以调控催化剂的孔结构性质。作为概念证明,制备的催化剂被用于催化氨硼烷的水解脱氢。其中,催化剂Rh/AlO-CTAB（0.4）-500在298 K下的TOF可达186.0 mol ·mol ·min,活化能为44.8 kJ·mol。进一步的构效关系研究表明催化剂的高活性与其较大的比表面积和特定的孔径尺寸密切相关。