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研究人员利用改性的多层碳纳米管开发甲酸脱氢催化剂

氢被认为是最有前途的替代能源之一,但其易燃易爆的特性使得储存和运输都存在极大的难度,因此找到能降低这一难度的有机物质是非常重要的,目前最有可能的材料就是甲酸,甲酸不仅含氢量高,而且化学性质稳定无毒。

甲酸的分解有两种方式,脱氢和脱水。相比之下,脱氢方式要更好一些,因为脱水会释放一氧化碳,而一氧化碳对燃料电池催化剂是有毒的。脱氢产生的是氢气和二氧化碳的混合气体产品。目前,甲酸脱氢采用的是以银、金、钯、铂、钌等贵金属为基础的催化剂,成本很高。

俄罗斯科学院的研究人员提出了用纳米级钴颗粒改性的多层碳纳米管(MWNT)作为甲酸脱氢的催化剂。与其他碳载体相比,MWNTs有几个优势。首先,它们没有酸碱中心,可能会影响活性成分的形成和反应路径。此外,MWNTs具有较大的表面积,并形成了多孔结构。管子的表面缺陷也可以为金属颗粒的形成提供额外的场所。碳纳米管的另一个优点是可以通过接枝不同的杂原子和官能团来改变其表面和结构。主要是含氧、含氮、含硫的基团。它还促进了金属颗粒在纳米管结构中的有利固定。

研究人员发现:平均直径为9纳米的氧化碳纳米管上的催化活性最好。钴含量从3wt%增加到15wt%也使催化活性增加,这与MWNTs外表面形成约80%的Co颗粒有关,平均直径为20nm。因此,优选的是,15%的钴纳米颗粒并将其直接放置在管的外表面。

研究人员希望通过改变MWNTs的不同参数,获得高活性和选择性的甲酸脱氢催化剂,最重要的是不含昂贵的贵金属成分。

论文标题为《Co/multi-walled carbon nanotubes as highly efficient catalytic nanoreactor for hydrogen production from formic acid》,发表在《International Journal of Hydrogen Energy》上。

来源:科技报告与资讯


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