硼氢化钠水解制氢

质子交换膜燃料电池技术的迅速发展大大促进了对氢的廉价制取和高效储存的研究。作为一种安全、方便的新型制氢技术,硼氢化钠水解制氢成为当前燃料电池氢源研究中的热点课题之一。本文介绍了硼氢化钠制氢原理,综述了硼氢化钠水解催化剂和反应动力学研究进展,并对硼氢化钠制氢技术实用化前景进行了展望。     

硼氢化钠催化水解制氢*

硼氢化钠（NaBH₄）催化水解制氢是一项具备车载氢源应用前景的储氢/制氢一体化技术。本文介绍了该技术催化水解制氢的原理,综述了制氢催化剂、反应动力学、反应机理、反应装置的设计和反应副产物回收利用的最新研究进展,讨论了该技术研发中需解决的问题。水解制氢系统的实际应用需研发高效、耐久性负载型催化剂。制氢装置的设计应考虑反应热的综合利用、燃料电池产生的水循环利用及膜分离技术的应用。NaBH4的高效再生将降低其生产成本,实现NaBH4基水解制氢系统的商业化应用。     

钌/氮掺杂石墨烯催化硼氢化钠水解制氢的研究

本文采用原位合成法制备了钌/氮掺杂石墨烯(Ru/NGR)催化剂,并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂的结构形貌进行了表征。将Ru/NGR催化剂应用于硼氢化钠水解制氢体系,考察了钌的负载量、硼氢化钠的浓度、反应温度等对硼氢化钠产氢的催化性能的影响。研究结果表明:当温度为25℃,硼氢化钠浓度为2 wt%,钌负载量为3.9%时,产氢速率可达32.95 L·(gRu·min)^-1。通过对Ru/NGR催化剂催化硼氢化钠水解反应动力学数据研究研究得出该催化剂的活化能为46 kJ·mol^-1。     

泡沫镍载钌催化硼氢化钠水解制氢

应用化学镀法制备泡沫镍载钌(Ru)催化剂,以其用于燃料电池硼氢化钠(NaBH4)水解即时供氢.该催化剂具有稳定高效的活性和稳定性能,而泡沫镍的预处理是一重要步骤.研究了制氢过程中NaBH4浓度、反应温度及使用次数对产氢速率的影响.结果表明:产氢速率随温度的升高快速上升,当反应温度从15℃升高到60℃,产氢速率增加了十几倍;在NaBH4浓度为20%的3%NaOH溶液中,使用载Ru量为3%的催化剂,于23.5℃常压下,水解NaBH4,其产氢速率达到0.784 mL.s-1.g-1.这种容易制备的催化剂在多次使用后仍显示出较高的活性.     

汽油自热重整制氢反应过程分析

汽油空气自热重整制氢是解决质子交换膜燃料电池（PEMFC）氢源的重要途径。汽油中组分复杂,特别是碳原子数、分子结构相差很大时,各组分生成焓、汽化热相差很大,热力学分析表明：重整难易有较大差别,重整规律各异;另一方面,它们重整特性又有相似的一面,理论氧碳摩尔比均接近于0.31。以正辛烷自热重整反应作为模型反应,发现重整过程O2/C、H2O/C都显著影响产氢率,高水碳比时产品气废热能否尽量回收也是一个重要因素。理论上,在O2/C=0.5、H2O/C=2.0时存在最优氢产率2.1mol/mol C,这时可以得到40mol%的氢气。在本所开发的GH12汽油重整优质催化剂上,以固定床瓜尖器模拟正辛烷自热重整反应过程,发现实验结果与理论分析吻合良好。据此提出了汽油制氢合理的工艺路线。     

质子交换膜燃料电池催化剂的研究方法

质子交换膜燃料电池性能的提高受限于电极上催化剂的电化学活性,而对催化剂的研究有助于人们深入了解其化学状态、电子结构等因素与电化学活性之间的关系。本文详细地介绍了有关质子交换膜燃料电池催化剂等五种研究方法(旋转薄层电极、固态核磁共振、X射线吸收光谱、电化学石英晶体微天平、差分电化学质量光谱)的原理、应用技巧以及在催化剂研究中所揭示的信息和局限性,并对今后的发展进行了展望。     

碳载Pt-P催化剂对氧还原的电催化性能

用NaH2PO2液相还原方法制得碳载Pt-P(Pt-P/C)催化剂(m(Pt)∶m(P)=5∶1)。 X射线衍射谱测量表明,Pt-P/C催化剂的Pt衍射峰的2θ值稍大于Pt/C催化剂的相应值,表明P进入了Pt晶格,形成了Pt-P合金。 电化学测试表明,Pt-P/C催化剂对氧还原的电催化性能要比商品化的E-TEK Pt/C催化剂好,其还原电位正移了40 mV。 由于Pt-P/C催化剂中Pt-P粒子的平均粒径和相对结晶度与Pt/C催化剂相似,推测Pt-P/C催化剂对氧还原的电催化性能好于Pt/C催化剂的原因可能为P的作用。     

碳载Pt-P催化剂对氧还原的电催化性能

用NaH2PO2液相还原方法制得碳载Pt-P(Pt-P/C)催化剂(m(Pt)∶m(P)=5∶1)。 X射线衍射谱测量表明,Pt-P/C催化剂的Pt衍射峰的2θ值稍大于Pt/C催化剂的相应值,表明P进入了Pt晶格,形成了Pt-P合金。 电化学测试表明,Pt-P/C催化剂对氧还原的电催化性能要比商品化的E-TEK Pt/C催化剂好,其还原电位正移了40 mV。 由于Pt-P/C催化剂中Pt-P粒子的平均粒径和相对结晶度与Pt/C催化剂相似,推测Pt-P/C催化剂对氧还原的电催化性能好于Pt/C催化剂的原因可能为P的作用。     

CoB/C催化硼氢化钠水解制氢的性能

使用浸渍负载-还原法及化学镀法制备了活性炭负载的CoB催化剂,研究了这些催化剂催化硼氢化钠水解制氢反应的性能。在温度为20℃,反应液为1%NaBH4+5%NaOH的条件下,浸渍负载-还原法制备的CoB/C催化剂的产氢活性为2 022mL.min-1.g-1(Co),而化学镀法制备的CoB/C催化剂的产氢活性可达2 503 mL.min-1.g-1(Co),相同条件下非负载的CoB催化剂的产氢活性仅为1 351 mL.min-1.g-1(Co)。化学镀法制备的CoB/C催化剂重复使用5次后其活性仍能保持初始活性的70%,而浸渍负载的CoB/C催化剂及非负载的CoB催化剂的活性分别降至初始活性的30%和10%,化学镀法制备的CoB/C催化剂显示出更好的催化性能。此外该催化剂在空气中放置30 d后催化活性没有明显下降,这为其存储和使用带来了便利。进一步的物理化学表征表明,非负载的CoB极易团聚,形成的二次粒子粒径在400~800 nm,而活性炭负载的CoB催化剂团聚现象则大大减弱,CoB的分散性明显好于非负载催化剂。载体的存在可进一步阻止CoB活性组分在催化反应过程中发生团聚而避免活性下降。化学镀法制备的催化剂中,载体与CoB之间有更强的相互作用而使得后者结合紧密,分散良好,不易流失,催化剂整体上具有更好的稳定性。     

质子交换膜燃料电池催化剂稳定化方法研究进展

催化剂稳定性是制约质子交换膜燃料电池商业化的两个主要障碍之一,因此增强燃料电池催化剂稳定性研究一直是该领域的热点问题。本文从纳微尺度、原子分子水平的认识出发,分析催化剂衰减机理,评估催化剂稳定化研究所面临的问题,综述近年来质子交换膜燃料电池催化剂稳定化方法,提出进一步增强催化剂稳定性的发展方向。     

负载型Ni-Co-P/CNFs催化剂的制备及释氢性能

以纳米碳纤维(CNFs)为基体材料,采用化学镀法在CNFs表面沉积了Ni-Co-P催化剂。研究了催化剂用量,硼氢化钠、氢氧化钠浓度,温度等对碱性硼氢化钠溶液水解释氢的影响。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测试得出负载型Ni-Co-P催化剂含镍13.30%(质量分数,下同)、钴82.25%、磷4.45%。硼氢化钠水解释氢实验结果表明,产氢速率与催化剂用量呈线性关系。当温度为45 ℃、催化剂浓度为7.5 g/L、氢氧化钠浓度为5%、硼氢化钠浓度为2.5%时,氢气释放速率达到最大值18.044 L/(g·min)。通过对负载型催化剂Ni-Co-P/CNFs催化碱性硼氢化钠溶液释放氢气动力学研究表明,该催化剂的活化能E_a为51.57 kJ/mol。     

PdAg/MIL-101(Fe)催化NaBH4水解制氢

将PdAg纳米颗粒负载到MIL-101(Fe)上作为硼氢化钠水解制氢的催化剂。采用XRD、TEM、HRTEM、XPS、SEM和EDS等方法对催化剂PdAg/MIL-101(Fe)的结构进行了表征。PdAg/MIL-101(Fe)在硼氢化钠水解制氢中表现出较高的催化活性,在温和的条件下水解制氢最大速率为2.60 L·min^–1·g_cat.^–1。详细研究了反应温度、催化剂用量、氢氧化钠和硼氢化钠浓度对该催化反应的影响规律。结果发现,制氢速率很大程度上依赖于反应温度,随着反应温度的升高,制氢速率明显增加,制氢的表观活化能为54.89 kJ·mol^–1。该催化剂重用性能好,5次循环后仍能保持活性。     

Hydrogen generation from methanolysis of sodium borohydride over Co/Al2O3 catalyst

Co/Al2O3 catalyst is prepared with an impregnation-chemical reduction method and used to catalyze the methanolysis of sodium borohydride (NaBH 4) for hydrogen generation.At solution temperature of 0 C,the methanolysis reaction can be effectively accelerated using Co/Al2O3 catalyst and provide a desirable hydrogen generation rate,which makes it suitable for applications under the circumstance of low environmental temperature.The byproduct of methanolysis reaction is analyzed by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).The characterization results indicate that methanol can be easily recovered after methanolysis reaction by hydrolysis of the methanolysis byproduct,NaB(OCH 3) 4.The catalytic activity of Co/Al2O3 towards NaBH 4 methanolysis can be further improved by appropriate calcination treatment.The catalytic methanolysis kinetics and catalyst reusability are also studied over the Co/Al2O3 catalyst calcined at the optimized temperature.     

CoB催化剂制备中的溶剂效应及催化硼氢化钠水解产氢的性能

分别以不同粘度和极性的水、甲醇、乙醇、正丙醇为溶剂制备了钴硼催化剂,并通过X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱和N₂吸附等表征手段对溶剂效应进行了深入探索.所制备的钴硼催化剂具有非晶结构,且随着溶剂粘度的增加,粒子团聚现象加剧.不同溶剂中制备的钴硼催化剂对于硼氢化钠水解产氢反应的活性具有显著差异,XPS测试表明钴元素和硼元素均以元素态及氧化态形式存在,而且不同溶剂中制备的钴硼催化剂具有不同的表面钴/硼比,具有高钴/硼比的催化剂有更好的催化性能.从溶剂的粘度、溶剂分子的空间位阻效应等方面对溶剂效应进行了分析,并提出了钴硼催化剂在不同溶剂中可能的形成机理.     

Preparation of different thin film catalysts by direct current magnetron sputtering for hydrogen generation

In this study, thin films of Co, Ni, Pd, and Pt were prepared on Co ₃ O ₄ support material in pellet form using the direct current (DC) magnetron sputtering method for use as catalysts for hydrogen generation from NaBH ₄ .Characterization of the catalysts was carried out using X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). According to cross-sectional SEM images, catalyst thicknesses were observed in the range of approximately 115.3–495.8 nm. The particle sizes were approximately 25.0, 21.4, 33.9, and 9.5 nm for Ni-Co ₃ O ₄ , Co-Co ₃ O ₄ , Pd-Co ₃ O ₄ , and Pt-Co ₃ O ₄ catalysts, respectively. The increase in NaOH initial concentration provides an increase in the rate of hydrogen generation for Co, Ni, and Pd catalysts. A maximum hydrogen generation rate of 1653 mL/g _cat .min was obtained for the Pt-Co ₃ O ₄ catalyst.     

Recent methodologies mediated by sodium borohydride in the reduction of different classes of compounds

Reduction is a fundamental transformation in organic synthesis. Since its discovery by Brown and co‐workers, sodium borohydride is the most frequently hydride used in reduction processes. Owing to the importance of this reagent in modern organic synthesis, the aim of this review is to highlight recent methodologies (2000–2006) mediated by sodium borohydride in the reduction of different classes of compounds. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Reductive removal of methoxyacetyl protective group using sodium borohydride

Herein, we have developed a mild and selective reductive deprotection method for the MAc protected alcohols using sodium borohydride. The new deprotection conditions provide a complete orthogonality between O-MAc and other protecting groups such as tert-butyl ester, N-Boc, Fmoc, Cbz, O-TBDMS, N-benzyl, O-benzyl, O-acetyl, N-acetyl, N-MAc, etc. In addition to O-MAc deprotection, this method is also applicable for S-MAc deprotection.     

Iron triflate catalyzed reductive amination of aldehydes using sodium borohydride

An efficient and convenient procedure for the reductive amination of aldehydes using NaBH₄ in the presence of catalytic amount of Fe(OTf)₃ is described.     

Solvent-free reduction of aldehydes and ketones using solid acid-activated sodium borohydride

A simple and convenient procedure for the reduction of aldehydes and ketones with sodium borohydride activated by solid acids such as boric acid, benzoic acid, and p-toluenesulfonic acid monohydrate under solvent-free conditions is described.