微纳碳材料制备及其负载铂催化剂的环己烷脱氢性能研究

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环己烷-苯作为一种液体有机储氢体系,具有储氢密度大,可逆,易于存储和输送等优势,有望应用于车载储氢。但是,环己烷脱氢反应催化剂的活性和稳定性较低。因此,制备高效环己烷脱氢催化剂对实际应用具有重要的意义。  碳材料具有抗酸碱、贵金属易回收和价格低廉等特点,目前在作为催化剂载体方面的应用广泛。并且碳载体的微观形貌和孔结构会影响催化剂性能。因此,本文主要是制备微纳米碳材料,并对其载铂催化剂的环己烷脱氢性能进行研究。本论文的主要内容和结论如下:  (1)利用水热法,制备出不同粒径的碳微球。系统考察了载体粒径和铂负载量对催化剂性能影响。结果表明:碳微球粒径对其载铂催化剂性能影响较大,即碳微球尺寸减小,有利于提高其载铂催化剂性能。当粒径为200-300 nm时,环己烷脱氢反应10 h后的TOF值为360 mmol·mol Pt-1·s-1。环己烷脱氢转化率随铂负载量的增加而增加。且当铂负载量为1.0 wt.%时活性最高。  (2)利用水热法制备了纳米碳材料并对其形貌进行了调控。通过考察载体的碳化温度、形貌及铂负载量的影响,研究了催化剂脱氢活性和稳定性。结果表明,纳米碳的碳化温度对其比表面积有较大影响,进而影响了其载铂催化剂的性能。也就是,比表面积较大的碳材料,其载铂催化剂性能较好;载体碳材料的形貌对催化剂性能也有影响,其载Pt催化剂的活性以载体形貌不同的变化顺序为:纳米碳块>纳米碳棒>纳米碳球。反应5h后,反应的TOF值分别为:1291、1267和1203 mmol·molPt-1·s-1;此外,通过优化Pt的负载量,优化了环己烷脱氢性能。  (3)利用硬模板法制备了不同结构的中空碳材料,考察了载体碳化温度和Pt负载量对中空碳载铂催化剂性能的影响。结果表明,载体碳化温度和Pt负载量对催化剂的脱氢性能有明显影响,即通过改变载体的碳化温度,可以有效地改善催化剂的性能;通过优化铂负载量,进一步优化了环己烷脱氢性能,当铂负载量为0.5 wt.%时,催化剂显示了较高的活性,反应5 h后,其TOF值为1176 mmol·molPt-1·s-1,并且表现出较好的稳定性。
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