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[学位]

基于Pd基双金属催化剂的甲酸脱氢反应性能及机理研究

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Author:

张李凯 (张李凯.)

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Abstract:

随着化石能源的大量消耗以及日益严重的环境问题,寻求清洁无污染的可再生能源成为全世界急需解决的问题。氢气具有高能量密度,可再生、燃烧速率快、无污染等优点得到人们的广泛关注。然而,在完整的氢能系统中,储氢技术是限制氢能走向大规模商业化应用的关键制约因素。甲酸作为一种有机储氢载体,同时又是许多生物质处理的副产物,能够直接或间接地被应用到甲酸燃料电池中,受到人们的重视。对于甲酸脱氢反应,贵金属金属催化剂面临成本高、构效关系不明确、脱氢温度高等挑战。开展双金属催化剂的研究是有效的解决方案之一。为此,利用不同活性组分之间的协同效应有效调控甲酸的脱氢性能,揭示不同组分的协同效应及催化剂的构效关系对甲酸脱氢反应催化剂的设计开发有着重要的理论指导意义。本论文结合宏观实验与微观理论计算的方法开展研究。
主要内容如下:1)实验部分,利用浸渍法制备出了不同原子配比的PdCu/SiO2和PdAg/SiO2催化剂。利用固定床反应器探究了不同温度(130-270 ℃)区间内甲酸脱氢的活性变化规律,揭示了不同温度和催化剂用量与催化剂选择性的内在关联规律。进一步研究了脱氢动力学性能并求得了反应速率常数、活化能、反应级数等动力学参数。结果表明两种双金属催化剂都具有很好的甲酸低温脱氢性能,动力学性能得到大幅度地提升。结合ICP-MS,TEM,XRD和XPS表征分析手段,探究并分析了催化剂的微观形貌和电子特性,从宏观层面上揭示了双金属的协同效应。
2)微观理论计算部分,基于密度泛函理论探究了甲酸及解离中间物种在PdCu(111)表面的吸附解离机理,得到了HCOOH、HCOO、COOH及HCO等不同物种的稳定吸附构型;针对不同的反应路径,计算了相关基元反应的活化能和反应能"∆H" 。结果表明甲酸在PdCu(111)表面脱氢的最优反应路径为"HCOOH→COOH+H→" 〖"CO" 〗_"2"  "+" "H" _"2" ,与实验结果是一致的。从微观角度揭示了双金属催化剂上甲酸的解离机理及协同效应。

Keyword:

反应机理 甲酸 双金属催化剂 协同效应

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学化学工程与技术学院

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Basic Info :

Degree: 硕士

Mentor: 姜召

Year: 2018

Language: Other

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 15

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