3.1.2 杨梅果状Co@rGO 催化NH3·BH3 水解放氢性能研究
NH3·BH3 溶液在室温下稳定存在,加入金属催化剂能快速水解反应放出氢气。通过化学法制备的单一Co非贵金属纳米催化剂应用于NH3·BH3 水解放氢体系中,在室温条件下即可快速放出大量的氢气。普通Co纳米催化剂完全催化NH3·BH3 水解完全释放105mL H2 需要33.6min,TOF 值为3.38molH2·min-1·molCo-1,反应速率相对较弱,所制备的普通Co纳米颗粒团聚明显,催化反应的有效活性位点减少。与表1-3中引用文献中报道的单一非贵金属催化剂的催化活性相比,催化剂的水解性能并非最佳,这一性能有待提高。(https://www.daowen.com)
图3-3 室温下,NH3·BH3 在Co、杨梅果状Co、杨梅果状Co@rGO 催化作用下的水解放氢曲线
因此,通过完善制备工艺,制备过程中在表面活性剂的作用下,得到单分散性良好的Co纳米催化剂,且具有特殊的杨梅果状结构。测试杨梅果状Co纳米催化剂对NH3·BH3 水解放氢性能,彻底水解反应需要22.9min,TOF 值为5.84molH2·min-1·molCo-1,说明具有杨梅果状的Co纳米颗粒的催化活性明显得到改善,杨梅果状催化剂表面呈现较为疏松的结构,有助于水解过程中的物质传递和电荷相互作用。
在此基础上,我们利用石墨烯独特的二维平面结构以及良好的电荷传输性能将杨梅果状Co纳米催化剂负载于石墨烯基体上,制备杨梅果状Co@rGO 催化剂,其催化NH3·BH3 水解完全放氢需要10.8min,TOF值为12.14molH2·min-1·molCo-1。这种催化活性的显著提高是由于石墨烯基体和杨梅果状Co纳米颗粒之间的协同相互作用及其颗粒尺寸纳米化和独特的结构。石墨烯负载的杨梅果状Co纳米颗粒尺寸小,具有较高的比表面积,有利于与氨硼烷水溶液的接触,从而提高了催化活性。独特的杨梅果状结构的形成更有利于催化反应,其表面形成缺陷,提供更多的反应位点,增加了催化剂和氨硼烷的接触,从而降低了反应的活化能,进一步提高催化活性。
