本文關(guān)鍵詞： 石墨烯 硫碘循環(huán) HI分解 催化 制氫　出處：《浙江大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氫能由于其清潔、高效和可持續(xù)性被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉?因此尋找一種大規(guī)模低成本的制氫方法是發(fā)展氫能的基礎(chǔ)。熱化學(xué)硫碘循環(huán)水分解制氫由于成本低、環(huán)保等優(yōu)勢被認(rèn)為是實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)制氫的理想循環(huán)。硫碘循環(huán)主要包含以下三個反應(yīng)過程： Bunsen反應(yīng)：I2+SO2+2H2O→H2SO4+2HI HI分解過程：2HI→H2+I2 H2S04分解過程：H2SO4→O2+0.5O2+H2O 硫碘循環(huán)中HI分解是唯一產(chǎn)氫的過程,其分解率對整個系統(tǒng)的熱效率有很大的影響。在無催化劑作用時,即使在500℃高溫時HI的分解率也很低。因此,研究HI分解中的催化劑極為重要。本為對石墨烯本身作為催化劑以及作為催化劑載體催化分解HI進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。 本文采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨,進(jìn)一步超聲得到氧化石墨烯(GO)。通過兩種不同的還原劑分別還原得到乙二醇還原石墨烯(rGO-EG)和水合肼還原石墨烯(rGO-HH)。同時以氧化石墨烯與鉑的前驅(qū)物共同還原制備得到Pt/rGO-EG和Pt/rGO-HH兩種催化劑。對上述制備的材料進(jìn)行XPS、XRD、 Raman, TEM和BET等表征。本文在利用石墨烯作為載體負(fù)載鉑作為催化劑的同時,也將對石墨烯本身作為催化劑應(yīng)用于HI分解進(jìn)行了研究。 實驗結(jié)果表明,載體的催化劑活性從高到低的順序依次為rGO-HH rGO-EGGO,還原后得到的石墨烯活性均比氧化石墨烯具有更高的催化活性。催化劑的催化活性隨著石墨烯的還原程度提高而提升。由于還原程度越高,石墨烯表面的含氧官能團變少,不飽和碳原子增多,所以導(dǎo)致石墨烯表面活性位增多,使得催化活性高。對于負(fù)載Pt后催化劑活性為Pt/rGO-EGPt/rGO-HH,尤其是低溫段Pt/rGO-EG表現(xiàn)出更好的催化活性。這主要是由于乙二醇作為還原劑制備得到的催化劑中Pt納米顆粒尺寸更小、分散性更好,這有利于更多的活性位點與反應(yīng)物充分的接觸,減小反應(yīng)過程中遇到的擴散阻力,從而在HI催化分解中表現(xiàn)出更好的活性。因此,采用乙二醇作為還原劑制備鉑／石墨烯催化劑更加合適。 針對催化劑穩(wěn)定性研究結(jié)果顯示,在486℃時90分鐘連續(xù)實驗中,rGO-HH作為催化分解HI中在最初10分鐘活性會有所提升,這主要是由于rGO-HH被進(jìn)一步還原,不飽和碳原子數(shù)量增加,從而使得石墨烯表面有更多的活性位有利于反應(yīng)的進(jìn)行。在對比Pt/rGO-EG和Pt/AC-EG催化劑穩(wěn)定性中發(fā)現(xiàn),在90分鐘的連續(xù)實驗中,Pt/AC-EG催化劑活性下降了4.25%,而Pt/rGO-EG催化劑活性只下降了0.12%,活性基本保持不變。通過TEM表征可以觀察到反應(yīng)前后的活性炭載體上的鉑顆粒明顯變大,而Pt/rGO-EG催化劑中的鉑顆粒大小無明顯增大,這主要是由于石墨烯褶皺的結(jié)構(gòu)和石墨烯暴露的邊緣有效的阻礙了鉑粒徑在反應(yīng)中長大。
[Abstract]:Hydrogen energy is considered to be the most promising energy source in 21th century because of its cleanness, efficiency and sustainability. Therefore, finding a large scale and low cost hydrogen production method is the basis for developing hydrogen energy. The advantages of environmental protection are considered to be the ideal cycle for the large-scale production of hydrogen. The sulfur iodine cycle consists of the following three reaction processes:. Bunsen reaction: I _ 2 SO2 _ 2H _ 2O. 鈫扝2SO4 2HI. HI decomposition process: 2HI. 鈫扝2 I2. H2S04 decomposition process: H2SO4. 鈫扥2 0.5O2 H2O. The decomposition rate of HI in sulfur iodine cycle is the only process of hydrogen production, and its decomposition rate has a great influence on the thermal efficiency of the whole system. The decomposition rate of HI in the absence of catalyst is very low even at 500 鈩，

本文編號：1494097