泡沫镍载钴磷纳米花合金催化剂的硼氢化钠醇解制氢反应动力学研究

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。泡沫镍载钴磷纳米花合金催化剂的硼氢化钠醇解制氢反应动力学研究　　摘要：利用化学镀法制备的Co-P/Nifoam纳米花催化剂，对催化剂的稳定性和反应动力学进行了研究。结果显示，催化剂稳定性良好，5次循环使用后制氢速率仅降低%，对其反应动力学分析显示表观活化能为/mol。表明Co-P/Nifoam纳米花催化剂是一种很有前途的硼氢化钠醇解制氢催化剂。　　关键词：钴磷纳米花合金催化剂硼氢化钠醇解反应动力学　　中图分类号：T

2、Q116文献标识码：A文章编号：1674-098X11-0085-03　　1引言　　早在20世纪50年代Brown，Mead和Rao[1]就提出硼氢化钠醇解制氢的理论，他们发现硼氢化钠和甲醇反应生成氢气和四甲氧基硼化钠：为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　醇解反应

3、与水解反应相似，同样为放热反应。硼氢化钠自发醇解的反应速率远远高于硼氢化钠自发水解，其动力学效果比水解的好；硼氢化钠醇解副产物为NaB4，能溶于甲醇，没有堵塞反应器的趋势。此外，甲醇使得硼氢化钠制氢反应能够在0℃以下进行。因此，寻找在低温条件下硼氢化钠醇解制氢反应能够高效、持续、稳定进行的催化剂成为燃料电池在低温环境下应用的关键。目前硼氢化钠水解用催化剂的研究已经达到一定规模，而醇解制氢用催化剂的研究也有众多的研究开展[2]。但是目前对NaBH4醇解制氢反应动力学仅有极少研究，硼氢化钠甲醇解的反应级数与硼氢化钠浓度和甲醇浓度有关，制氢速率遵循如下方程：　　通过测定制�淝馄�的产生速率，根据

4、计算得到的速率常数，控制反应条件便可以测定反应活化能。两种典型的动力学研究模型可以用来理解硼氢化钠醇解反应的动力学行为：Langmuir�CHinshelwood机理和Michaelis-Menten机理[3，4]。Langmuir-Hinshelwood机理主要强调的是硼氢化钠与甲醇分子同时吸附于催化剂表面，在催化剂表面发生双分子的反应过程。反应速率表达式如下：　　其中，k是实际的反应速率常数，Ka是NaBH4在催化剂上的吸附常数，Kb是CH3OH在催化剂上的吸附常数，如果两种反应物在催化剂表面吸附都很弱，也就是1>>Ka[NaBH4]，1>>Kb[CH3OH]，此时公式便化简为：　　多

5、数的硼氢化钠醇解制氢反应中，通常情况下认为甲醇的浓度是保持不变的，那么速率方程式便化简为：　　可以得到，当硼氢化钠在催化剂表面吸附很弱时，催化硼氢化钠甲醇解的反应是一级反应。　　Michaelis-Menten机理假定只有硼氢化钠吸附于催化剂表面，未被吸附的甲醇分子与被吸附的硼氢化钠分子进行反应，反应速率表达式如下：为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安

6、装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　KM是Michaelis常数，在硼氢化钠浓度比较低的情况下，催化硼氢化钠甲醇解反应是一级反应。　　上述所列的两种机理均支持硼氢化钠甲醇解反应是与硼氢化钠浓度有关的一级反应。　　本文主要利用泡沫镍载钴磷纳米花合金催化剂，开展硼氢化钠醇解制氢催化剂的稳定性和反应动力学研究。　　2实验部分　　泡沫镍载钴磷纳米花合金催化剂的制备　　以多次实验得到的最佳制备条件制备泡沫镍载钴磷纳米花合金催化剂：按前驱体氯化钴/L、还原剂次亚磷酸氢钠浓度/L和定量稳定剂甘氨酸溶于去离子水中，形成稳定镀液，取一块处理过的泡沫镍于上

7、述镀液中，室温搅拌下加入NaOH水溶液，调节pH值为11，待pH保持不变，90℃油浴反应20min，反应过程中可以观察到有大量气体产生。待反应结束后，冷却至室温，取出镍块，用大量的去离子水冲洗，最后用无水乙醇冲洗，置于表面皿上待其自然晾干。　　催化剂的活性测试　　将制备的催化剂投入到硼氢化钠的甲醇体系中，测定制备出的氢气产生速率，制氢速率越高，说明催化剂的性能越好。　　催化剂的循环性测试为了充分发挥“教学点数字教育资源全