一、催化裂解天然气生产碳纳米管(论文文献综述)
吴晓钢[1](2021)在《钴基MOF衍生材料的制备及其电催化性能研究》文中研究指明清洁新能源的发展离不开电催化技术,而锌-空气电池(Zn-air battery)和电催化裂解水(Electrocatalytic water splitting)这两种常见的新能源技术更是与电催化反应息息相关。基于Fe、Co、Ni等具有电催化活性的过渡金属电催化材料因成本低,制备简单等优势引起了研究者们的极大关注,但此类催化剂循环稳定性较差。金属有机框架材料(MOF)具有种类繁多、比表面积大和孔隙丰富等优势,但电导率低和催化活性低的缺点限制了MOF材料在电催化领域的广泛功能化应用。基于上述问题,本论文将过渡金属Co与MOF材料结合后开发高活性电催化剂,通过调整反应前体的成分比例分别对ZIF8和CoBDC这两种MOF进行了改性,以提升其作为催化剂的电导率和催化活性,并且对它们的微观结构和电催化性能开展了深入研究。主要研究内容和结果如下:(1)高催化活性和循环稳定性的Fe3Co1-N-C双功能催化剂的制备及其电化学性能研究。利用水热法实现Fe离子和Co离子掺杂ZIF8前驱体,通过退火制备了碳纳米管复合碳纳米壳的FeCo-N-C双功能正极催化剂,电化学测试结果表明,FeCo按3/1比例掺杂后,Fe和Co分别作为ORR和OER反应的主要活性位点,协同提升了材料的双功能电催化活性,其ORR半波电势为0.79 V,OER过电势为366 m V(10 m A/cm2),双功能过电势ΔE仅为0.81 V,而且在120 h长时间循环后依然保持稳定。性能提升的原因是材料的复合结构提供了较大的比表面积,并提供了适合电催化的气体-物质传输通道且拥有良好的电导率。其双功能电催化活性可媲美商业贵金属催化剂(Pt/C||Ir O2),这证明了Fe3Co1-N-C材料是一种性能良好的锌-空气电池双功能催化剂。(2)氨基配体掺杂CoBDC双功能催化剂的制备及其电化学性能研究。在利用对氨基苯甲酸替换20%比例的对苯二甲酸配体后,我们通过水热法制备了氨基配体掺杂的20%NH2-CoBDC催化剂,通过调控掺杂配体的种类和掺杂比例来间接调控CoBDC材料的微观形貌和结构,从而提升CoBDC材料的电催化活性。对其电催化性能进行了测试,20%NH2-CoBDC催化剂展示了良好的水裂解电催化活性和循环稳定性,其OER和HER反应过电势分别为302 m V(50 m A/cm2)和267 m V(10 m A/cm2)。对其电化学性能提升的原因进行了研究发现,一方面,20%NH2-CoBDC的手风琴状二维结构有利于电催化的气体-物质传输,并且CoBDC材料掺杂氨基配体后引入了缺陷,CoBDC的团簇配位结构不再封闭,暴露了更多电化学活性面积,进一步提升了电催化活性。另一方面,对氨基苯甲酸配体掺杂后,Co金属的电子结构和化学价态得到优化,缺陷掺杂的MOF材料暴露了更多的Co活性位点,提升了CoBDC材料的电导率,从而提升电催化活性。该工作证明了氨基配体掺杂CoBDC是一种性能良好的水裂解双功能催化剂。
刘威[2](2021)在《催化裂解废弃油脂模型化合物制备氢气和碳纳米管》文中认为废油脂作为一种廉价,富含碳、氢元素的资源,用以制备氢气和碳纳米管具有广阔的前景。氢气是理想的清洁能源,具有燃烧热值大、能量转化率高等优点。碳纳米管由于其独特的物理和化学性能而具有广阔的应用前景。然而,目前缺乏催化裂解废弃油脂制备氢气的研究,且缺少高效催化剂的研究。本文通过制备高效催化剂,催化裂解废弃油脂模型化合物协同制备氢气和碳纳米材料。主要研究内容和取得的结果如下:(1)鉴于目前催化裂解废弃油脂制备氢气催化剂催化活性低的问题,制备了30%Ni/SBA-15、1%Pt-30%Ni/SBA-15以及2%Pt-30%Ni/SBA-15催化剂,以废弃食用油脂模型化合物(WCOMC)为反应原料,通过催化裂解制备氢气和碳纳米管(CNTs)。采用ICP-OES、SEM、TEM、XRD、BET和H2-TPR表征方法对催化剂的外貌形态、物相、结构和还原性能进行了分析。同时,还研究了金属Pt的添加量、裂解温度对裂解过程氢产生量及CNTs质量的影响。裂解结果表明,2%Pt-30%Ni/SBA-15催化剂在750°C下展示出优异的活性,气体产物中氢气的含量最高可达到66.2 vol.%。经过240 min的反应,产物气体中氢气的含量由66.2 vol.%降至38.5 vol.%。此外,对CNTs进行SEM、TEM、XRD、TG和Raman分析,以分析其形态结构、结晶度、氧化稳定性、石墨化度和纯度。XRD和TG结果显示,CNTs具有高的结晶度和氧化稳定性。Raman结果显示,CNTs具有高的石墨化度和纯度。(2)鉴于非贵金属Ni、Co具有低成本、较优的催化活性特点,制备了Ni-Co/SBA-15催化剂,用于WCOMC的催化裂化,制备氢气和CNTs。通过ICP-OES、XRD、TEM、BET和H2-TPR表征方法对催化剂的物相、结构和还原性能进行了分析。研究了镍钴金属含量、反应温度和液体进料流速对产氢量和CNTs质量的影响。结果表明,含有20%Ni和30%Co的催化剂在0.02 m L/min的进料流速下显示出优异的催化活性和稳定性。在750°C的反应温度下,所产生的气体中的氢含量接近71.5 vol.%。通过SEM、TEM、TG-DTG、XRD和Raman对沉积的碳质产物进行表征,以分析其外观形貌、内部结构、氧化稳定性、纯度、结晶度和石墨化度。发现一些管径较小(10–15nm)的多壁碳纳米管和一些具有开顶结构的CNTs分别沉积在10%Ni-40%Co/SBA-15和30%Ni-20%Co/SBA-15上。碳的XRD分析结果表明,CNTs具有高结晶度。热重和拉曼光谱分析表明,CNTs均显示出高氧化稳定性和高石墨化度。金属Pt换成金属Co后,气体产物中氢气的含量和CNTs的收率增加,表明非贵金属同样可以获得较优的催化反应效果。
郝春宇[3](2020)在《甲醇氧化铂炭电催化剂可控构筑与活性位辨认》文中研究表明直接甲醇燃料电池(DMFC)因其绿色环保、燃料易得、操作安全、且具有优异的能量密度和高能量转换效率等优点,在便携式及可移动式设备上有广泛的应用前景。目前,DMFC中最常用的催化剂是商业Pt/C催化剂,然而Pt原子利用率较低和稳定性较差,亟需发展高效稳定催化剂的构筑方法以实现其规模化应用。基于此,本文采用自制的碳纳米管为载体,利用原子层沉积法制备系列不同粒径的Pt/CNT纳米催化剂,揭示了 Pt/CNT电催化甲醇氧化反应(MOR)结构敏感性的根源,辨认了催化剂的主要活性位,为高效稳定的Pt基MOR催化剂设计与优化提供指导。主要研究结果如下:(1)采用催化化学气相沉积法,以共沉淀法制备的环境友好型Fe/γ-A12O3为催化剂、甲烷为碳源,揭示了反应工艺参数对碳纳米管收率和微结构的调变规律。选取600和800℃条件下生长12 h的炭材料作为载体,并与硝酸氧化处理的炭载体(CNT-600-12-O和CNT-800-12-O)以及商业化炭黑进行对比,采用原子层沉积技术(ALD)制备系列碳纳米管负载的Pt纳米催化剂。结合催化剂结构表征和甲醇电催化氧化性能结果,发现采用CNT-600-12-O为载体制备的Pt催化剂表现出良好的MOR性能,这主要归因于更多的Pt催化剂活性位数量。(2)采用ALD制备系列粒径不同的Pt/CNT-600-12-O纳米催化剂,发现这些催化剂上甲醇电氧化过程存在显着的粒径效应,其中1.9 nm的Pt催化剂表现出最高的峰值电流密度67 mA·cm-2,该活性比20%商业Pt/C催化剂高3.2倍。进一步采用晶体原子结构模型计算的研究方法,揭示了该催化过程粒径效应的内因,辨识出Pt的角位为Pt电催化甲醇氧化反应的主要活性位,发现较低Pt电子结合能即富电子的Pt催化剂有利于MOR活性的提升。
葛亚军[4](2020)在《煤焦与甲烷协同转化及合成超级电容器电极》文中提出天然气(主要成分是甲烷)是常见的制备H2或合成气(CO和H2)的重要原料,特别是页岩气等非常规天然气的大规模开发有力地促进了甲烷转化技术的发展。煤焦是煤碳热解的重要产物,其高值化利用对煤碳的分质高效转化具有重要意义。超级电容器是一种很有发展前景的能量存储装置,在便携式电子产品、工业和运输领域中具有广泛的应用。碳材料(如活性碳、石墨烯、碳化物衍生的碳等)是超级电容器中常见的电极材料,因其具有成本低、环保、电容性能良好等优点,而备受关注。本文通过设计与利用煤焦与甲烷的协同转化,实现了联产合成气和用于超级电容器电极的复合碳材料的目的。研究内容方面,主要探究了该工艺中合成气的生成规律,表征了反应生成的碳材料的表面结构特征,还评价了这种碳材料作为超级电容器电极材料时的电容性能。本文分别采用K2CO3、Na2CO3和熔融盐(K2CO3与Na2CO3的混合物)作为煤焦与甲烷协同转化的催化剂,进行了系列实验和性能评价。当以K2CO3作为煤焦与甲烷协同转化的催化剂时,详细考察与评价了操作参数(包括催化剂用量、气体进料流速、反应温度和时间)对合成气的生成规律,同时采用循环伏安法、恒电流充电法和交流阻抗法评价了反应中产生的碳材料作为超级电容器电极材料时的性能。研究发现:K2CO3对煤焦的活化和甲烷转化均具有良好的促进作用;除了可生成适量的合成气外,还可以获得具有一定比表面积和结构特性的碳材料(主要由煤焦活化形成的多孔碳和甲烷转化形成的积碳构成)。当这种碳材料用于制作超级电容器的电极时,可表现出良好的电容性能,电极电容值在5 m V/s的扫描速率下高达125 F/g,在1 A/g的电流密度下可达133F/g。鉴于K2CO3作为催化剂的良好性能,本文还考察与评价了Na2CO3和熔融盐(K2CO3与Na2CO3的混合物)作为煤焦与甲烷协同转化的催化剂的性能。
宫亚玲[5](2020)在《M@CNTs构建及其催化甲醇裂解反应机理的DFT研究》文中指出甲醇裂解反应是其高效利用不可避免的重要步骤,该反应过程中催化剂扮演了重要的角色。ZSM-5分子筛和SAPO-34分子筛是甲醇裂解的有效催化剂,但存在石墨碳覆盖活性位和稠环芳烃堵塞孔道等积碳问题,金属改性可减少稠环芳烃的生成,但仍无法避免活性位被覆盖。此外,铂系金属等金属类催化剂也是甲醇裂解的高效催化剂,但存在CO覆盖活性位的中毒问题。故可知催化剂的积碳问题和CO中毒问题是制约甲醇高效利用的重要原因。因此有必要开发一种具有良好的抗积碳性及CO耐受性的新型高效催化剂。本文基于密度泛函理论,采用VASP软件研究了在Cu-CNT(6,0)、Cu-CNT(12,0)、Cu@CNT(12,0)、Mo@MTCNT和Mo@N-MTCNT不同催化剂表面的甲醇裂解机理及催化剂稳定性,具体内容如下:(1)构建Cu-CNT(6,0)和Cu-CNT(12,0)催化剂模型,并探讨甲醇在Cu-CNT(6,0)和Cu-CNT(12,0)表面的裂解机理。研究表明,甲醇在Cu-CNT(6,0)和Cu-CNT(12,0)表面裂解的主反应均为CH3OH→CH3O→CH2O→CHO→CO,不同的是Cu-CNT(6,0)表面的速控反应为甲醛脱氢,Cu-CNT(12,0)表面的速控反应为甲氧基的生成。甲醇裂解的最终产物CO在Cu-CNT(6,0)和Cu-CNT(12,0)表面的吸附能分别为-0.30 e V和-0.52 e V,则Cu-CNT(6,0)的CO耐受性高于Cu-CNT(12,0)。然而Cu-CNT(6,0)和Cu-CNT(12,0)催化剂虽具有良好的催化活性,但由于活性中心暴露于反应介质中导致其抗积碳稳定较差。(2)构建具有封装结构的Cu@CNT(12,0)催化剂模型,并探讨甲醇在Cu@CNT(12,0)表面裂解机理。研究表明甲醇在Cu@CNT(12,0)表面裂解的主反应路径为CH3OH→CH3O→CH2O→CHO→CO,速控反应为甲醇脱氢生成甲氧基。甲醇裂解的最终产物CO在Cu@CNT(12,0)表面的吸附能为-0.47 e V,低于Cu-CNT(12,0)表面的吸附能(-0.52 e V),则Cu@CNT(12,0)表面的CO更易脱附从而具有更优的CO耐受性。此外,碳纳米管的封装结构可将活性中心与反应介质隔离,使得Cu@CNT(12,0)具有良好的抗积碳稳定性。(3)构建Mo@MTCNT和Mo@N-MTCNT催化剂模型,并探讨甲醇在两种催化剂表面的裂解机理。研究表明,甲醇在Mo@MTCNT和Mo@N-MTCNT催化剂表面裂解的主反应路径均为CH3OH→CH3O→CH2O→CHO→CO,且控速反应均为甲氧基脱氢。此外,比较两种催化剂表面甲醇裂解的各基元反应的活化能及速率,发现Mo@N-MTCNT催化剂的催化活性优于Mo@MCNT催化剂。此外,甲醇裂解的最终产物CO在Mo@MTCNT和Mo@N-MTCNT表面的吸附能分别为-0.15 e V和-0.11 e V,表明Mo@N-MTCNT催化剂具有更强的CO耐受性。由此可见,掺杂的非金属N原子与封装于异型碳纳米管通道内的金属Mo原子的协同作用提高了催化剂的催化活性和稳定性。
田井清[6](2020)在《甲烷干重整催化剂的设计及其在工业尾气转化中的应用研究》文中认为近年来,在煤炭、石油和天然气等化石能源中,天然气消耗所占比重连创新高。甲烷作为天然气的主要成分,是一种重要的化工原料,具有储量大、价格低廉等优点。已有大量研究方法将甲烷直接转化为化学品,包括甲烷偶联制烯烃、甲烷脱氢芳构化制芳烃,以及甲烷直接氧化为甲醇等。遗憾的是这些直接转化途径中,经济性和高效性等方面的问题使得这些过程暂时达不到工业化的要求,使得甲烷的工业价值还没有得到充分的开发和利用。甲烷的间接转化具有较高的经济价值,可将甲烷先转化为合成气,再通过合成气平台如费托合成和甲醇合成,进一步制备所需化学品。其中,甲烷水汽重整制备合成气(SRM)已实现了工业化应用,然而反应水耗高、合成气的氢碳比高,且通过副反应水汽转换反应(RWGS)向环境中排放二氧化碳。甲烷部分氧化为合成气的技术(PO)则难以控制,且使用分子氧作为氧化剂有安全隐患。甲烷干重整反应(DRM)通过消耗二氧化碳来转化甲烷得到合成气,该反应不仅可以使用纯甲烷作为原料,也可以转化富含甲烷的气体,如煤炭间接液化的尾气、焦炉煤气等。由于二氧化碳的加入,相比于甲烷水汽重整工艺,还可以提升产物合成气中的碳含量,使其在资源高效综合利用、环境保护方面具有重大意义。甲烷和二氧化碳都是惰性小分子,由于热力学平衡限制,甲烷干重整反应需要在大于700℃的高温下进行才能获得高的转化率和选择性。Ni基催化剂是被广泛研究的甲烷干重整反应催化剂,高温下金属颗粒的烧结和催化剂的积碳是干重整反应失活的主要原因。本文从增强催化剂稳定性出发,做了以下工作:(1)我们首先合成了具有均匀开放直孔道结构的高比表面积的MCM-41材料,通过乙醇溶液辅助的浸渍法利用直型孔道的毛细作用将硝酸镍均匀浸渍到MCM-41直型孔道结构内,从而均匀负载Ni纳米粒子于MCM-41的内表面。该限域结构催化剂的Ni金属负载量为10 wt.%,XRD测试显示无明显的Ni衍射峰,表明Ni颗粒高度分散,TEM测试表明Ni颗粒大小为2 nm左右,Ni颗粒主要分布在MCM-41的孔道内。TPR表明该限域结构催化剂具有较高的还原温度,说明NiO与硅氧化物之间有较强的相互作用。在700℃下以45000 mL/g/h空速反应200 h后,催化剂的甲烷转化率没有明显下降(72%,接近该温度下的平衡转化率),H2/CO摩尔比维持在0.87左右。反应后催化剂的TEM结果显示,Ni颗粒平均粒径为3-4 nm,未见明显团聚,没有观察到Ni颗粒被碳包覆的现象。TGA和TPO等研究表明催化剂积碳速率低且形成的积碳易于气化。这种Ni限域于MCM-41直型孔道的催化剂具有优异的抗烧结和抗积碳性能。(2)我们利用简单的水油两相一锅法,将负载量高达4.9 wt.%和粒径约2nm的Ni纳米颗粒封装入SiO2微球中约4.3 nm孔径的孔道。利用TEOS水解产生的Si-O-Si前驱体与进入水相的二茂镍反应生成硅酸镍,水相中通过CTAC胶束的导向作用将Ni以Si-O-Ni的形式引入Si-O骨架。该催化剂实现了在700oC高温下对甲烷干重整反应长时间(200 h)的高活性和高稳定性,为开发高温抗烧结和抗积碳的高温限域金属催化剂的合成方法提供了新的思路。dTG曲线结合XRD、TEM和Raman表征结果,显示Ni/SiO2(IM)表面同时有无定形的碳和石墨化的碳,而Ni/SiO2(OP)催化剂表面仅有无定形的碳,无定型的碳易于CO2继续反应生成CO,从而使Ni/SiO2(OP)催化剂保持高的甲烷干重整反应活性。理论计算表明说明在Ni55团簇上C原子优先以单个原子的形式吸附,而不是聚合形成sp2杂化的C原子簇或者形成碳纳米管,即介孔限域条件下Ni表面不易积碳,这解释了我们的实验现象限域结构的Ni具有更好的抗高温的活性和稳定性。这种新发展的合成方法中,原位生成Ni-O-Si基团使得Ni纳米粒子被封装和限域在三维介孔SiO2内,阻止甲烷干重整反应条件下Ni纳米粒子的烧结和积碳。(3)在甲烷干重整制合成气的反应中,Ni基催化剂存在积碳导致严重失活的问题。这主要是因为C-H键解离导致的C*在催化剂表面的富集。而O*可以以CO的方式带走表面的C*,从而抑制催化剂积碳失活并且促进CH4的解离。而d带中心值可以一定程度上描述过渡金属对于O的吸附能力。我们首先使用理论计算得出其他金属M(M选自第ⅠB,ⅥB,ⅦB,Ⅷ,ⅢA,ⅣA族的元素,M=W,Mo,Ga,Sn,Re,In,Fe,Co,Rh,Pd,Ru,Cu,Ag,Au)部分取代Ni的Ni-M基合金的d带中心值,关联实验得出的甲烷平均转化率与d带中心值呈火山型曲线。由于NiIr的d带中心值处于火山型曲线的顶点附近,预测NiIr催化剂具有优异的催化干重整的性能。进一步对Ni和Ir的比例进行调整,选出最优的比例并研究NiIr/MgAl2O4催化剂的构效关系对于甲烷干重整和混合重整的影响。通过XRD、TGA、SEM、H2-TPR、TEM、TEM-mapping和EDX谱等表征,发现Ir的加入对Ni粒子的分散起促进作用并形成NiIr的合金,并且可以有效抑制反应过程中积碳的发生(积碳位点主要为Ni颗粒)。同时NiIr合金在反应过程中并未被积碳覆盖,保持了高活性与稳定性。将最优NiIr/MgAl2O4催化剂应用于煤制油尾气和焦炉煤气中CH4、CO2和H2O的混合重整,可得到氢碳比可调的合成气(氢碳比约为2)以适用于后续甲醇合成。不仅有利于大幅度的提高甲醇的收率(提高约50%),且极大地减少了压缩机的能耗。本篇工作以理论计算指导甲烷干重整反应催化剂的筛选和合成具有的科学意义,且反应结果具有广阔的工业应用前景。
孙映晖[7](2020)在《Co基氮掺杂碳材料催化CH4-CO2重整制合成气研究》文中研究说明随着全球环境和能源问题的日益凸显,以天然气为燃料在能源领域中的占比在不断提高。天然气的主要成分是CH4,将CH4转化为具有更高价值的化学产品和液体燃料是高效利用能源的重要途径。同时工业化生产的不断发展也加剧了CO2的排放。CH4、CO2这两种气体的不合理化利用是造成全球温室效应、气候变暖的重要原因之一。因此实现CO2的减排以及CH4的高效利用是全球关注的焦点。CH4-CO2重整反应不仅可以同时利用甲烷、二氧化碳两种温室气体并将其转化为合成气,且产物可以直接作为F-T合成的原料气合成碳链较长的烃类化合物。目前CH4-CO2重整反应存在的主要问题是较高的反应温度和副反应生成的积碳容易导致催化剂烧结并失活。因此,开发具有高活性、高抗烧结和积碳性能的重整反应催化剂是该研究的核心。本论文主要围绕非贵金属Co基催化剂展开,从影响活性金属的分散性、活性金属与载体之间的相互作用力以及催化剂的氧化还原性能等几个方面进行研究。论文首先从载体对Co基催化剂催化性能的影响出发,考察了不同活性炭载体对Co基催化剂催化活性的影响。通过对比不同活性炭载体发现,一方面具有较好物理结构性能的活性炭有助于提高活性金属在其表面的分散,改善碳材料载体和活性金属之间的作用力,从而在很大程度上抑制反应过程活性金属的烧结,另一方面具有丰富酸碱性位的载体能够提高反应过程中对反应气体CO2的吸附,加速反应气体的活化和解离。在此基础上,本文进一步对活性炭载体进行氮掺杂改性,通过在碳材料载体中引入含氮官能团来调节载体表面酸碱性及其电子转移性能,进而提高活性金属在载体表面的分散性以及催化剂的氧化还原性能。系统考察了氮掺杂改性过程中不同焙烧温度、不同掺氮量对碳材料载体吸附性能以及电子转移特性的影响,获得了氮掺杂改性条件与重整反应催化性能之间的构效关系,从而优化出氮掺杂改性的最佳制备条件。研究结果表明,以氮掺杂改性后的碳材料为载体制备的Co基催化剂催化活性显着提高。改性后载体表面的吡啶氮等碱性官能团促进了CO2的吸附与活化,而吡咯氮促进了电子的转移,提高了催化剂的还原性能。氮掺杂改性后催化剂表面活性金属Co2+的比例大幅增加,催化剂表面Co2+与Co3+周期性的氧化还原反应加速积碳的氧化,减少积碳在活性金属上的积累。其次,在氮掺杂碳材料Co基催化剂基础上进一步添加第二金属调节双金属之间的相互作用,详细考察了不同第二金属以及第二金属Ce与活性金属Co的配比对催化活性的影响。研究结果表明,不同第二金属的添加对催化剂中Co2+/Co3+比例影响较大,金属Fe、Zr的添加提高了催化剂的氧化性能,催化剂中大部分Co2+被氧化成Co3+,而Ce的添加促使Co2+和Co3+的共同存在。不同Co/Ce比对催化剂中Co2+/Co3+比值有较大的影响,当Co/Ce=1时,催化剂中Co2+/Co3+比值更接近于1,钴铈双金属形成具有较强相互作用力的合金,双金属之间的协同作用和催化剂表面较高含量的化学吸附态氧加速了积碳的气化速率,进而提高了催化剂的稳定性。此外,在最佳Co-Ce双金属配比的基础上添加碱土金属助剂进一步改善催化剂的表面化学性质,考察了碱土金属助剂种类以及钴铈双金属和碱土金属的浸渍顺序对催化剂结构和性能的影响。研究结果表明,助剂的添加改善了催化剂的碱性位,提高了双金属之间的相互作用力。采用共浸渍法且添加助剂Ca制备的催化剂具有较佳的催化活性。该催化剂中双金属之间具有较强的相互作用力,且催化剂表面相等比例的Co2+/Co3+、较高含量的化学态吸附氧加速了重整反应速率,重整反应前后催化剂中活性金属仍保持较高的分散性,反应后催化剂的石墨化程度较低。而以顺序浸渍法制备的催化剂重整反应后生成了大量碳纳米管,这也是该催化剂在较短反应时间内活性降低的主要原因。最后,对1Co-1Ce-1Ca/AC-N催化剂上CH4-CO2重整反应机理和宏观动力学进行探讨。通过在反应温度为800℃不同反应时间下催化剂的FTIR和XPS分析结果初步得到反应气体CH4、CO2在催化剂1Co-1Ce-1Ca/AC-N上的作用机理。将实验得到的动力学参数通过PL模型、ERⅠ模型、ERⅡ模型以及LH四种不同模型进行拟合,研究发现当反应温度在650-800℃之间,LH模型得到的理论值与实验值具有较高的拟合度,该模型能够较好呈现出不同反应气体在反应过程中的变化规律,最终得到该温度下反应速率常数与反应温度之间的关系分别为:k=2.11×exp(124,00/RT),KCH4=3.09×10-6×exp(-117,000/RT),KCO2=0.014×exp(-47,000/RT)。
王婕[8](2020)在《镍基复合微波催化剂催化甲烷直接转化制氢的研究》文中进行了进一步梳理能源是人类日常社会生活和工业发展的必需品。化石资源因不可再生且燃烧时所产生的气体严重威胁自然环境以及人类的健康,寻找可持续的替代燃料成为现下非常有潜力和价值的研究方向。氢作为一种潜在的零排放燃料和能源载体,具有来源广泛、燃烧热值高和产物无污染等优点,广泛应用于航空航天、燃料电池、电子制造业及化工原料等行业,具有广阔的发展前景。目前工业上用于甲烷制氢主要有水蒸气重整(SRM)、二氧化碳重整(DMR)、部分氧化法(POM)和自热重整(ATR)这四种,该技术共同的缺点是产物中含COx和H2的混合物,很难制得高纯氢。因此,开发一种无COx的制氢工艺来替代传统制氢方法是非常具有研究意义的。本论文提出制备无COx氢的新思路,即将新型微波催化技术应用于甲烷直接转化制氢工艺中,使甲烷在温和的条件下实现高效的转化,且产物可得到高纯氢气及具有良好经济价值的碳纳米材料。采用尿素沉淀法制备Ni/Mo2C/?-Al2O3和Ni/Mo2C/SBA-15复合微波催化剂催化甲烷直接转化制氢的研究,对Ni/Mo2C/?-Al2O3和Ni/Mo2C/SBA-15复合微波催化剂升温性能、催化剂组成、微波功率、反应温度、空速、不同催化剂的性能比较及微波催化甲烷制氢反应动力学等方面探究,结合XRD、BET、SEM、TEM、RS等一系列表征,得出实验结论如下:(1)分别使用1g 5%Ni/10%Mo2C/?-Al2O3和8%Ni/12%Mo2C/SBA-15复合微波催化剂,以CH4(N2为平衡气)为反应气,在微波功率为900 W,反应温度为650℃,反应空速为4800 m L·g-1·h-1,常压反应条件下,分别获得最佳甲烷转化率为82.46%和54.17%,氢气含量为87.02%和69.35%。(2)本文充分利用催化剂载体与过渡金属碳化物Mo2C组分之间的强相互作用,将活性组分Ni锚定于复合载体上,以限制活性组分的流失,防止金属在高温的聚集和长大,提升了催化剂在高温条件下的稳定性。实验同时表明比表面积大的载体可以增大反应气体与活性组分的接触界面,有利于物质的传递和接触。催化剂载体SBA-15的比表面积比?-Al2O3大,且具有规则的介孔结构,故Ni/Mo2C/SBA-15复合微波催化剂催化甲烷制氢的催化性能较Ni/Mo2C/?-Al2O3复合微波催化剂好。(3)通过考察微波甲烷转化制氢的反应动力学研究,计算Ni/Mo2C/?-Al2O3和Ni/Mo2C/SBA-15复合微波催化剂催化甲烷制氢反应的表观活化能分别为E=64.82 k J·mol-1和E=55.10 k J·mol-1。
姬丹[9](2019)在《复合无机纳米材料电催化氧还原和析氢催化剂的研究》文中认为全球经济的飞速发展离不开能源的有力支撑,煤炭、石油、天然气等主要的传统能源,储存量相当有限,而且其大量使用会造成生态环境的污染。氢能,作为一种理想的清洁能源,被认为是传统能源最佳的代替者。氢能源的绿色生产离不开电催化裂解水反应,而燃料电池技术对氢能的利用生成的产物仅为水,实现了资源的可持续循环利用。其中,高效催化剂的研发是氢能可持续循环利用的关键。然而现在的电催化剂主要还是依赖地壳中含量稀少且经济成本高昂的贵金属催化剂(如Pt,Ru,Ir等)。为了减少对贵金属催化剂的依赖,需要研究高效稳定的非贵金属催化剂来加速电催化反应。本论文针对电催化氧还原反应(ORR)以及析氢反应(HER)非贵金属催化剂的催化活性不足和稳定性差等关键问题,展开了两部分的工作:(1)基于碳基的非铂ORR催化剂,采用复合材料以及双掺杂策略提高碳材料ORR催化剂的活性。1)银纳米线与氮掺杂石墨烯复合催化剂的研究。针对氮掺杂石墨烯类ORR催化材料易堆叠卷曲、导电性差等问题,设计了银纳米线-氮掺杂石墨烯(AgNWs@NG)复合材料。通过自组装的方式将高活性的氮掺杂石墨烯包覆在具有高长径比的银纳米线表面。作为核的AgNWs不仅可以作为NG的支撑骨架,还可以作为ORR催化过程中电子快速传递的通路。电化学ORR测试结果显示,在0.1 mol L-1的KOH中,AgNWs@NG复合材料在-0.1 V(相比于Ag/AgCl电极)下的质量比活性为6.4 A g-1,高于NG(5.2 A g-1)和AgNWs(1.9 A g-1),研究表明AgNWs@NG复合材料具有的协同效应使其表现出更优异的催化性能。2)双掺杂多孔碳材料ORR催化剂的研究。基于传统高温碳化过程制备碳材料易出现结构坍塌、烧结及热解损失现象,以氯化钾为盐模板分别制备了NS、NP和NB三种双原子掺杂的多孔碳材料。电化学测试结果显示,三种双掺杂多孔碳材料在酸性介质中均表现出了优异的ORR活性,其中活性最好的是氮硫双掺杂多孔碳材料(NS-PC),在0.1 mol L-1的高氯酸中,它的起始电位为+0.8 V vs.RHE,半波电位为+0.67 V vs.RHE。这得益于双杂原子的有效掺杂和在多孔碳材料合成过程中氯化钾盐模板起到的保护和造孔作用。(2)基于非贵金属HER催化剂,研究了合成策略对主要的析氢材料(包括金属镍、磷化镍、过渡金属氮化物以及硫化物)的形貌和HER活性影响。1)Ni/V2O3复合析氢催化剂的研究。基于金属镍在HER中较高的过电位和较大的Tafel斜率,通过调控Ni在NixV1-xO2前驱体表面的迁移富集,设计出分散度好,颗粒细小的Ni/V2O3复合催化剂。Ni纳米颗粒尺寸的有效控制,良好的电子转移效率,独特的3D多孔结构,以及金属/氧化物的相互作用,使得Ni/V2O3的析氢活性得到显着的提升。电化学测试显示,在电流密度为10 mA cm-2时,Ni/V2O3的过电位为140 mV,Tafel斜率低至112 mV/dec,并且在长达18 h的老化实验中,催化剂的性能没有明显衰减。这种催化剂的设计和合成策略可以用来合成一系列金属/氧化物纳米结构,并可应用于多种催化过程中。2)Ni-P/Ni复合析氢催化剂的研究。Ni-P类析氢催化剂常用电沉积的方法制备,之前的报道未详细研究外部电镀液条件对Ni-P析氢催化剂物理和电催化性能的影响。基于以上问题,通过电沉积法在酸性、中性和碱性电解液中合成了三种高效稳定的Ni-P/Ni催化剂,并系统研究了三种催化剂的物理和电化学性能。实验结果表明,在酸性电解液中电沉积Ni-P/Ni电极的电催化活性最高(η=110 mV),交换电流密度为0.216 mA cm-2,这可归因于其最小电荷转移电阻和最大双层电容。同时本研究证明了P含量对Ni-P催化剂HER活性的重要影响。3)碳纳米管负载氮化钼复合析氢催化剂的研究。针对片状氮化钼材料在电化学析氢反应过程中电子转移缓慢且稳定性不足的问题,设计了氮化钼纳米颗粒/高导电的碳纳米管(MoN/CNT)复合催化剂。电化学测试结果显示,MoN/CNT具有较高的析氢催化活性,在10 mA cm-2电流密度下过电位为165 mV,极化过程中Tafel斜率约为45 mV/dec,经过长时间连续的析氢反应,样品的催化性能没有明显的衰减,证明了MoN/CNT复合催化材料具有替代贵金属催化析氢材料的潜力。4)二硫化钴纳米颗粒析氢催化剂的研究。基于二硫化钴纳米材料的形貌控制对这类催化材料的HER活性的强烈影响,通过水热法合成形貌均匀、结晶性好的二硫化钴纳米颗粒(CoS2 NPs),并对CoS2 NPs在电化学析氢反应中的催化性能进行了研究。电化学测试结果显示,在10 mA cm-2的电流密度时,形貌均匀的CoS2 NPs过电位为176 mV,Tafel斜率为71.6 mV/dec,表现出了较高的催化活性和稳定性,证明了控制形貌对调控二硫化钴类析氢催化剂催化性能的重要性。
王迪[10](2019)在《甲烷催化裂解催化剂的研制与反应机理探究》文中指出世界化石燃料资源的日渐枯竭及其使用引起的环境污染问题日益严重,使得人们必须尽快寻找可替代化石燃料的新能源。氢气作为一种清洁的二次能源,被认为是最有前景的替代能源和清洁燃料之一。甲烷催化裂解制氢因其工艺过程简单,产物不含碳氧化合物等特点得到了很大关注。催化剂活性和反应条件是影响甲烷催化裂解反应产氢量及碳产物结构形貌的主要因素。因此,高效催化剂的制备,适宜反应条件的选定对甲烷催化裂解制氢反应的应用具有很重要的意义。本论文选用镍基催化剂,分别研究了添加不同金属助剂、不同金属负载量、不同催化组分前驱体以及不同反应条件对催化剂性能的影响,此外,对甲烷催化裂解制氢反应动力学进行了研究。主要研究内容及结果分为以下几方面:1.M-Ni/Al2O3催化剂甲烷催化裂解性能研究。以γ-Al2O3为载体,通过浸渍法制备了添加不同金属助剂(M=Cu、Mn、Pd、Co、Zn、Fe、Mg)的5 wt%M-60 wt%Ni/Al2O3催化剂,一定反应条件下,在固定床反应器中考察甲烷催化裂解反应中甲烷转化率随时间的变化以及反应生成的碳产物的结构形貌;比较引入金属助剂的催化剂与60 wt%Ni/Al2O3催化剂作用下实验结果的差异。结果发现,除Zn外,添加Cu、Mn、Pd、Co、Fe、Mg活性金属组分后,催化剂作用下甲烷催化裂解反应的甲烷转化率均有升高。Mn的加入使得5%Mn-60%Ni/Al2O3催化剂的活性显着提高,CH4转化率约为80%。掺入Cu的5%Cu-60%Ni/Al2O3催化剂的反应寿命明显延长,CH4转化率在反应250分钟后由61%下降到45%。反应结束后,所有镍基催化剂上都生成了碳纳米纤维。5%Mg-60%Ni/Al2O3催化剂上形成的CNFs表面清洁。2.Ni-Mn-Ru催化剂甲烷催化裂解性能研究。在5%Mn-60%Ni/Al2O3催化剂中添加对甲烷催化裂解具有较高活性的Ru组分,考察Ru金属负载量、反应条件(还原温度、还原时间、反应温度及气体空速)、Ru前驱体(RuCl3·xH2O(无水),Ru(NO)(NO3)x(OH)y(x+y=3))对三组分金属负载型60 wt%Ni-5 wt%Mn-x wt%Ru/Al2O3催化剂性能的影响。实验结果表明,当选用Ru(NO)(NO3)x(OH)y(x+y=3)前驱体,Ru负载量为10%,反应条件为700?C还原1 h,750?C反应,气体空速36000 mL·g-1·h-1时,反应得到的甲烷转化率高达93.76%。在该催化剂上生成的碳纳米纤维具有独特的形貌特征,部分纤维卷曲缠绕成簇,分散在纤维中。3.甲烷催化裂解反应机理探究。采用以Ru(NO)(NO3)x(OH)y为前驱体制备的60 wt%Ni-5 wt%Mn-10 wt%Ru/Al2O3催化剂,在不同反应温度与甲烷分压下进行甲烷催化裂解反应,研究反应动力学。同时,利用快速质谱检测反应过程中可能产生的中间气体产物。结果表明,初始氢气产率随着温度和甲烷分压的升高而增大。甲烷催化裂解制氢动力学的反应级数和活化能分别是2.17,20.3 kJ/mol;催化剂失活反应级数,甲烷浓度依赖参数和活化能分别为3,1.25和92.9 kJ/mol。检测到反应过程中有少量C2H2产生,并对C2H2的产生途径做出推测。
二、催化裂解天然气生产碳纳米管(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、催化裂解天然气生产碳纳米管(论文提纲范文)
(1)钴基MOF衍生材料的制备及其电催化性能研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 金属有机框架材料概述 |
1.3 金属有机框架材料在锌-空气电池中的应用 |
1.3.1 锌-空气电池简介 |
1.3.2 MOF材料在锌-空气电池领域的研究现状 |
1.4 金属有机框架材料在电催化裂解水中的应用 |
1.4.1 电催化裂解水概述 |
1.4.2 MOF材料在电催化裂解水领域的研究现状 |
1.5 本论文选题依据及研究内容 |
1.6 参考文献 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验试剂和实验仪器 |
2.1.1 实验试剂 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 样品结构和形貌的表征 |
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.2 透射电子显微镜(TEM) |
2.2.3 X射线衍射(XRD) |
2.2.4 拉曼光谱(Raman) |
2.2.5 X射线光电子能谱(XPS) |
2.2.6 比表面积及孔径表征(BET) |
2.3 电化学测试 |
2.3.1 电化学氧还原反应测试(ORR) |
2.3.2 电化学析氧反应测试(OER) |
2.3.3 电化学析氢测试(HER) |
2.3.4 电化学阻抗谱测试(EIS) |
2.3.5 锌-空气电池器件性能测试 |
2.3.6 电化学稳定性测试 |
2.4 参考文献 |
第三章 FeCo掺杂ZIF8 衍生的Fe_3Co_1-N-C材料应用于锌-空气电池的电催化性能的研究 |
3.1 研究背景 |
3.2 材料制备 |
3.2.1 有机前体ZIF8-FeCo的制备 |
3.2.2 衍生催化剂FeCo-N-C的制备 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 FeCo-N-C催化剂形貌结构表征 |
3.3.2 FeCo-N-C催化剂电化学测试及分析 |
3.3.3 FeCo-N-C催化剂的锌-空气电池器件测试 |
3.4 本章小结 |
3.5 参考文献 |
第四章 氨基配体掺杂的CoBDC电催化剂用于水裂解反应研究 |
4.1 研究背景 |
4.2 材料制备 |
4.2.1 合成CoBDC材料 |
4.2.2 合成泡沫镍负载商用催化剂 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 前驱体MOF材料的筛选 |
4.3.2 NH_2-CoBDC形貌与结构测试分析 |
4.3.3 NH_2-CoBDC电化学性能测试分析 |
4.4 本章小结 |
4.5 参考文献 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
5.3 参考文献 |
在学期间研究成果 |
致谢 |
(2)催化裂解废弃油脂模型化合物制备氢气和碳纳米管(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 废弃油脂现状及利用 |
1.3 氢能制备技术 |
1.4 碳纳米管 |
1.5 催化剂和载体 |
1.6 研究的意义与内容 |
第二章 Ni-Pt/SBA-15催化裂解废弃油脂模型化合物制氢和碳纳米管 |
2.1 引言 |
2.2 实验主要试剂和仪器 |
2.3 实验流程图 |
2.4 实验过程 |
2.5 催化剂和碳产物的表征方法 |
2.6 结果与讨论 |
2.7 结论 |
第三章 Ni-Co/SBA-15催化裂解废弃油脂模型化合物制氢和碳纳米管 |
3.1 引言 |
3.2 实验主要试剂和仪器 |
3.3 实验流程图 |
3.4 实验过程 |
3.5 催化剂和固体产物的表征方法 |
3.6 结果与讨论 |
3.7 结论 |
第四章 结论与展望 |
4.1 结论 |
4.2 创新点 |
4.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简介 |
(3)甲醇氧化铂炭电催化剂可控构筑与活性位辨认(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 我国能源结构与现状 |
1.1.2 直接甲醇燃料电池 |
1.2 研究内容 |
第2章 文献综述 |
2.1 分散低碳烃资源 |
2.2 碳纳米管简介 |
2.3 碳纳米管的合成 |
2.3.1 化学气相沉积 |
2.3.2 CCVD法制备碳纳米管生长机理 |
2.4 碳纳米管制备影响因素 |
2.4.1 碳纳米管生长碳源 |
2.4.2 CNT生长催化剂 |
2.4.3 CNT生长催化剂载体 |
2.5 生长温度对CNT生长的影响 |
2.6 CNT纯化及改性处理 |
2.7 燃料电池 |
2.7.1 燃料电池概述 |
2.7.2 燃料电池分类及特点 |
2.8 直接甲醇燃料电池 |
2.8.1 直接甲醇燃料电池工作原理 |
2.8.2 甲醇电催化氧化机理 |
2.9 直接甲醇燃料电池阳极催化剂 |
2.9.1 阳极催化剂研究进展 |
2.9.2 贵金属催化剂 |
2.9.3 催化剂碳载体 |
2.9.4 碳纳米管负载Pt催化剂研究 |
2.9.5 催化剂制备方法 |
第3章 实验方法及设备 |
3.1 实验试剂及实验材料 |
3.2 催化剂制备 |
3.2.1 碳纳米管的制备 |
3.2.2 碳纳米管后处理及改性处理 |
3.2.3 原子层沉积法制备Pt催化剂 |
3.2.4 浸渍法制备Pt催化剂 |
3.3 催化剂表征 |
3.3.1 X射线粉末衍射(XRD) |
3.3.2 氮气物理吸附(N_2-physisroption) |
3.3.3 拉曼光谱(Raman) |
3.3.4 傅里叶变换红外光谱(FT-IR) |
3.3.5 热重分析(TG-DTG) |
3.3.6 高分辨透射电子显微镜(HRTEM) |
3.3.7 高角度环形暗场-扫描透射显微镜(HAADF-STEM) |
3.3.8 扫描电子显微镜(SEM) |
3.3.9 电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES) |
3.3.10 X射线光电子能谱(XPS) |
3.4 催化剂性能测试 |
3.4.1 工作电极制备 |
3.4.2 循环伏安法(CV) |
3.4.3 计时电流法(CA) |
第4章 Fe催化甲烷裂解制碳纳米管及其微结构调控 |
4.1 引言 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 Fe/γ-Al_2O_3催化剂制备 |
4.2.2 碳纳米材料的制备 |
4.2.3 碳纳米材料后处理 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 Fe/γ-Al_2O_3催化剂制备碳纳米材料产量分析 |
4.3.2 碳纳米管表征分析 |
4.3.3 商业还原铁粉及Fe/γ-Al_2O_3催化剂制备碳纳米材料对比分析 |
4.4 碳纳米管的改性处理 |
4.5 本章小结 |
第5章 Pt/C电催化甲醇氧化粒径效应解析及活性位辨认 |
5.1 引言 |
5.2 催化剂制备 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 ALD制备铂碳催化剂载体选择 |
5.3.2 Pt/CNT-600-O催化剂在MOR中的粒径效应 |
5.3.3 Pt粒径效应的内在本质 |
5.4 Pt/CNT-O催化剂稳定性分析 |
5.5 火山型曲线 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
(4)煤焦与甲烷协同转化及合成超级电容器电极(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 甲烷制氢技术 |
1.1.1 甲烷资源概述 |
1.1.2 甲烷催化裂解 |
1.1.3 甲烷水蒸汽重整 |
1.1.4 甲烷部分氧化重整 |
1.1.5 甲烷二氧化碳重整 |
1.2 煤焦概述 |
1.2.1 煤焦的产生 |
1.2.2 煤焦的性质 |
1.2.3 煤焦的应用 |
1.3 超级电容器 |
1.3.1 超级电容器概述 |
1.3.2 超级电容器的特点 |
1.3.3 超级电容器的分类及原理 |
1.3.4 超级电容器的应用 |
1.4 超级电容器的碳电极材料研究 |
1.4.1 活性碳 |
1.4.2 碳纳米管 |
1.5 本文研究思路与目的 |
第二章 实验部分 |
2.1 主要原料试剂与实验设备 |
2.2 催化剂的制备方法 |
2.3 催化甲烷二氧化碳反应过程 |
2.4 碳基超级电容器电极的制备 |
2.5 产物分析及表征 |
2.5.1 气相产物分析 |
2.5.2 主要表征设备及方法 |
2.6 电极材料电化学测试 |
2.6.1 循环伏安法 |
2.6.2 恒电流充放电法 |
2.6.3 交流阻抗法 |
第三章 碳酸钾作用下的煤焦与甲烷协同转化 |
3.1 K_2CO_3催化活性及碳材料特性 |
3.2 碳材料样品的电化学性能 |
3.3 碳材料成分的潜在电容贡献 |
3.4 本章小结 |
第四章 碳酸钠或熔融盐作用下的煤焦与甲烷协同转化 |
4.1 NA_2CO_3作为催化剂 |
4.2 熔融盐作为催化剂 |
4.2.1 熔融盐制备温度的影响 |
4.2.2 熔融盐中(K_2CO_3/Na_2CO_3)配比的影响 |
4.2.3 反应温度的影响 |
4.3 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
致谢 |
(5)M@CNTs构建及其催化甲醇裂解反应机理的DFT研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 甲醇的高效利用 |
1.1.1 甲醇燃料 |
1.1.2 甲醇制烃 |
1.2 甲醇裂解催化剂的研究进展 |
1.2.1 ZSM-5分子筛 |
1.2.2 SAPO-34分子筛 |
1.2.3 铂系催化剂 |
1.2.4 铜系催化剂 |
1.2.5 碳纳米管改性催化剂 |
1.3 理论基础 |
1.3.1 量子化学的发展 |
1.3.2 密度泛函理论 |
1.3.3 交换相关能泛函理论 |
1.3.4 过渡态理论 |
1.3.5 计算软件 |
1.4 研究目的与内容 |
第二章 Cu-CNT(6,0)和Cu-CNT(12,0)催化甲醇裂解反应机理研究 |
2.1 引言 |
2.2 计算模型与方法 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 Cu-CNT(6,0)表面甲醇裂解中各物种的吸附能及构型 |
2.3.2 Cu-CNT(12,0)表面甲醇裂解中各物种的吸附能及构型 |
2.3.3 Cu-CNT(6,0)表面甲醇裂解的反应机理 |
2.3.4 Cu-CNT(12,0)表面甲醇裂解的反应机理 |
2.4 本章小结 |
第三章 Cu@CNT(12,0)催化甲醇裂解反应机理研究 |
3.1 引言 |
3.2 计算模型与方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 甲醇裂解中各物种的吸附能及构型 |
3.3.2 甲醇裂解的反应机理 |
3.4 本章小结 |
第四章 Mo@MTCNT催化甲醇裂解反应机理研究 |
4.1 引言 |
4.2 计算模型与方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 甲醇裂解中各物种的吸附能及构型 |
4.3.2 甲醇裂解的反应机理 |
4.4 本章小结 |
第五章 Mo@N-MTCNT催化甲醇裂解反应机理研究 |
5.1 引言 |
5.2 计算模型与方法 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 甲醇裂解中各物种的吸附能及构型 |
5.3.2 甲醇裂解的反应机理 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(6)甲烷干重整催化剂的设计及其在工业尾气转化中的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 甲烷偶联制乙烯 |
1.2 部分氧化制甲醇等含氧化合物 |
1.2.1 均相催化体系 |
1.2.2 多相催化体系 |
1.3 甲烷脱氢芳构化 |
1.3.1 甲烷脱氢芳构化催化剂的载体 |
1.3.2 用其他金属或氧化物助剂来对催化剂进行修饰 |
1.3.3 消除反应积碳以提高催化剂寿命 |
1.3.4 新型反应器结合甲烷脱氢芳构化反应 |
1.4 甲烷干重整制合成气 |
1.4.1 干重整基元反应步骤及热力学分析 |
1.4.2 甲烷和二氧化碳活化的活性位点 |
1.4.3 催化剂的失活机制 |
1.4.4 合金对干重整反应性能的影响 |
1.4.5 载体与助剂对干重整反应性能的影响 |
1.4.6 构建金属-载体强相互作用 |
1.4.7 单原子催化剂在干重整中的应用 |
1.4.8 新型甲烷重整反应系统的设计应用 |
1.5 选题意义和研究内容 |
第二章 限域Ni/MCM-41 催化抗积碳和金属烧结的甲烷干重整反应 |
2.1 前言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验药品 |
2.2.2 MCM-41 的合成 |
2.2.3 浸渍法制备Ni/MCM-41 催化剂 |
2.2.4 催化剂的表征 |
2.2.5 催化剂性能测试 |
2.2.6 反应后催化剂的表征 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 MCM-41 载体的结构和形态特性 |
2.3.2 Ni/MCM-41 催化剂的结构和形态特性表征 |
2.3.3 干重整反应性能测试 |
2.3.4 反应后催化剂的表征 |
2.4 本章小结 |
第三章 限域Ni/SiO_2 三维介孔催化剂用于甲烷干重整 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验药品 |
3.2.2 催化剂的合成 |
3.2.3 表征 |
3.2.4催化剂性能测试实验 |
3.2.5 反应后催化剂的表征 |
3.2.6 DFT计算 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 一锅法制备Ni/SiO_2 催化剂 |
3.3.2 催化剂的形态结构表征 |
3.3.3 干重整催化反应性能测试 |
3.3.4 反应后催化剂的表征 |
3.3.5 DFT理论计算 |
3.4 本章小结 |
第四章 双金属NiIr/MgAl_2O_4 催化的甲烷混合重整及其工业应用 |
4.1 前言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验药品 |
4.2.2 催化剂的合成 |
4.2.3 NiM催化剂d带中心值的计算 |
4.2.4 催化剂性能测试实验 |
4.2.5 催化剂的表征 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 通过d带中心值预测双金属催化剂的催化性能 |
4.3.2 NiIr/MgAl_2O_4 催化剂中Ir含量的调控 |
4.3.3 NiIr/MgAl_2O_4 催化剂干重整反应前后的表征 |
4.3.4 理论计算验证NiIr合金对甲烷干重整反应的活性与活化能 |
4.4 NiIr/MgAl_2O_4 催化工业尾气(煤制油尾气和焦炉煤气)与CO_2和H_2O的混合重整转化 |
4.4.1 煤制油尾气与CO_2和H_2O混合重整制备合成气 |
4.4.2 焦炉煤气与CO_2和H_2O混合重整制备合成气 |
4.5 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学期间取得的科研成果 |
致谢 |
(7)Co基氮掺杂碳材料催化CH4-CO2重整制合成气研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 文献综述 |
1.1 引言 |
1.2 CH_4制合成气反应途径 |
1.2.1 CH_4水蒸气重整制合成气 |
1.2.2 CH_4部分氧化制合成气 |
1.2.3 CH_4-CO_2重整制合成气 |
1.3 CH_4-CO_2重整反应催化剂研究 |
1.3.1 活性金属的选择 |
1.3.2 载体的选择 |
1.3.3 助剂的选择 |
1.4 CH_4-CO_2重整反应机理及动力学 |
1.4.1 CH_4-CO_2重整反应机理 |
1.4.2 CH_4-CO_2重整反应动力学 |
1.5 论文的选题意义及内容 |
1.5.1 选题依据 |
1.5.2 研究内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 引言 |
2.2 化学试剂与实验仪器 |
2.2.1 化学试剂 |
2.2.2 实验仪器 |
2.3 催化剂制备 |
2.4 催化剂性能测试 |
2.4.1 实验装置 |
2.4.2 反应器温度设置 |
2.4.3 实验数据处理 |
2.5 催化剂表征分析 |
2.5.1 N_2吸附脱附(BET) |
2.5.2 X射线衍射(XRD) |
2.5.3 扫描电子显微镜(SEM-EDX) |
2.5.4 透射电子显微镜(TEM) |
2.5.5 程序升温还原/吸附(H_2-TPR、NH_3/CO_2-TPD) |
2.5.6 X射线光电子能谱(XPS) |
2.5.7 拉曼光谱(Raman) |
2.5.8 傅里叶变化红外光谱(FTIR) |
第三章 不同碳材料Co基催化剂的催化性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 催化剂制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 不同碳材料载体催化剂反应前表征分析 |
3.3.2 不同载体制备的催化剂催化性能 |
3.4 本章小结 |
第四章 氮掺杂碳材料Co基催化剂的催化性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 催化剂制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 掺氮改性载体及催化剂物理结构特性 |
4.3.2 掺氮改性催化剂活性金属分散度 |
4.3.3 掺氮改性催化剂表面原子化学性质 |
4.3.4 掺氮改性催化剂反应性能 |
4.3.5 掺氮改性催化剂重整反应后表征结果 |
4.3.6 焙烧温度对掺氮改性催化剂催化性能的影响 |
4.3.7 掺氮量对掺氮改性催化剂催化性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 Co基双金属氮掺杂碳材料催化剂的催化性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 催化剂制备 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 氮改性不同双金属催化剂反应前表征分析 |
5.3.2 氮改性不同双金属催化剂催化性能 |
5.3.3 氮改性不同双金属催化剂反应后表征分析 |
5.3.4 不同Co-Ce配比催化剂CH_4-CO_2重整反应性能 |
5.3.5 掺氮改性对相同Co-Ce配比催化剂反应性能影响 |
5.4 本章小结 |
第六章 助剂对双金属氮掺杂碳材料催化剂的催化性能影响 |
6.1 引言 |
6.2 催化剂制备 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 添加碱土金属助剂催化剂反应前表征分析 |
6.3.2 添加碱土金属助剂催化剂的催化性能 |
6.3.3 添加碱土金属助剂催化剂反应后表征分析 |
6.4 本章小结 |
第七章 1Co-1Ce-1Ca/AC-N催化剂反应机理及动力学研究 |
7.1 引言 |
7.2 反应机理 |
7.3 反应动力学 |
7.3.1 排除外扩散 |
7.3.2 反应动力学模型 |
7.3.3 动力学参数的计算 |
7.3.4 实验结果与讨论 |
7.4 本章小结 |
第八章 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 本论文创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
(8)镍基复合微波催化剂催化甲烷直接转化制氢的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.1.1 全球能源利用现状 |
1.1.2 氢气的应用 |
1.1.3 氢气的生产 |
1.1.4 副产碳材料 |
1.2 课题研究现状 |
1.2.1 催化剂在甲烷裂解中的研究 |
1.2.2 催化剂的设计与研究 |
1.3 微波简介及其应用 |
1.3.1 微波介绍 |
1.3.2 微波在化学领域的应用 |
1.3.3 微波在CH_4制氢中的应用 |
1.4 研究目的、思路及内容 |
1.4.1 研究目的 |
1.4.2 研究思路、内容 |
第二章 实验部分 |
2.1 引言 |
2.2 实验设备与药品 |
2.2.1 实验仪器装置 |
2.2.2 实验药品试剂原料规格及来源 |
2.3 催化剂的制备 |
2.3.1 Mo_2C的制备 |
2.3.2 Ni/Mo_2C的制备 |
2.3.3 Mo_2C/?-Al_2O_3复合载体的制备 |
2.3.4 Ni/Mo_2C/?-Al_2O_3复合微波催化剂的制备 |
2.3.5 Mo_2C/SBA-15 复合载体的制备 |
2.3.6 Ni/Mo_2C/SBA-15 复合微波催化剂的制备 |
2.4 实验装置和操作 |
2.4.1 催化反应装置 |
2.5 催化剂的表征 |
2.5.1 X-射线粉末衍射(XRD) |
2.5.2 N_2吸附-脱附分析(BET) |
2.5.3 电子扫描显微镜(SEM) |
2.5.4 透射电子显微镜(TEM) |
2.5.5 拉曼分析(RS) |
2.6 催化剂的活性评价 |
2.6.1 气相色谱分析 |
2.6.2 实验操作步骤 |
2.6.3 催化剂性能评价 |
第3章 Ni/Mo_2C/ ?-Al_2O_3复合微波催化剂催化CH_4直接转化的实验研究 |
3.1 引言 |
3.2 催化剂的表征分析 |
3.2.1 X-射线衍射分析(XRD) |
3.2.2 N_2吸附-脱附分析(BET) |
3.2.3 扫描电子显微镜(SEM) |
3.2.4 透射电子显微镜分析(TEM) |
3.2.5 拉曼分析(RS) |
3.3 Ni/Mo_2C/?-Al_2O_3复合微波催化剂催化甲烷反应的各因素探讨 |
3.3.1 Ni/Mo_2C/?-Al_2O_3复合微波催化剂的微波升温性能 |
3.3.2 Ni负载量对甲烷直接转化制氢的影响 |
3.3.3 Mo_2C负载量对甲烷直接转化制氢的影响 |
3.3.4 催化剂的稳定性 |
3.3.5 微波输入功率对甲烷直接转化制氢的影响 |
3.3.6 反应温度对甲烷直接转化制氢的影响 |
3.3.7 空速对甲烷直接转化制氢的影响 |
3.4 不同催化剂的性能比较 |
3.5 微波甲烷直接转化制氢的反应动力学研究 |
3.6 本章小结 |
第4章 Ni/Mo_2C/SBA-15复合微波催化剂催化CH_4直接转化的实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 催化剂的表征分析 |
4.2.1 X-射线衍射分析(XRD) |
4.2.2 N_2吸附-脱附分析(BET) |
4.2.3 扫描电子显微镜(SEM) |
4.2.4 透射电子显微镜分析(TEM) |
4.2.5 拉曼分析(RS) |
4.3 Ni/Mo_2C/SBA-15复合微波催化剂催化甲烷反应的各因素探讨 |
4.3.1 Ni/Mo_2C/SBA-15复合微波催化剂的微波升温性能 |
4.3.2 Mo_2C负载量及Ni含量对甲烷直接转化制氢的影响 |
4.3.3 催化剂的稳定性 |
4.3.4 微波输入功率对甲烷直接转化制氢的影响 |
4.3.5 反应温度对甲烷直接转化制氢的影响 |
4.3.6 空速对甲烷甲烷直接转化制氢的影响 |
4.4 不同催化剂的性能比较 |
4.5 微波甲烷直接转化制氢的反应动力学研究 |
4.6 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 本文创新之处 |
5.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(9)复合无机纳米材料电催化氧还原和析氢催化剂的研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 燃料电池简介 |
1.1.1 燃料电池的历史 |
1.1.2 燃料电池的工作原理 |
1.1.3 氧还原催化剂简介 |
1.1.4 氧还原催化剂的研究进展 |
1.2 电催化析氢简介 |
1.2.1 氢气能源 |
1.2.2 电催化产氢机理 |
1.2.3 电催化产氢的评价参数 |
1.2.4 电催化产氢的研究进展 |
1.3 提高催化剂电化学催化性能的策略 |
1.4 论文的研究目的和内容 |
2 实验方法 |
2.1 实验试剂与材料 |
2.2 实验仪器 |
2.3 材料的结构形貌与表征方法 |
2.3.1 材料形貌表征 |
2.3.2 X-射线衍射(XRD) |
2.3.3 激光拉曼光谱 |
2.3.4 X-射线电子能谱(XPS) |
2.4 电化学表征 |
3 银纳米线@氮掺杂石墨烯复合催化剂的制备与表征 |
3.1 引言 |
3.1.1 背景介绍 |
3.1.2 研究思路和方案 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 AgNWs@NG催化剂的制备 |
3.2.2 AgNWs@NG催化剂的表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 形貌、结构及表面组成分析 |
3.3.2 NG和 AgNWs@NG的 XPS表征 |
3.3.3 电化学表征 |
3.4 本章小结 |
4 杂原子双掺杂多孔碳材料氧还原催化剂的制备与应用 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 催化剂的制备 |
4.2.2 催化剂的表征 |
4.2.3 催化剂的电化学性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 氮硫双掺杂多孔碳材料NS-PC的表征 |
4.3.2 氮磷双掺杂多孔碳材料NP-PC的表征 |
4.3.3 氮硼双掺杂多孔碳材料NB-PC的表征与应用 |
4.4 NS-PC、NP-PC与 NB-PC活性比较 |
4.5 本章小结 |
5 镍纳米颗粒与三氧化二钒复合材料的制备及其析氢活性的研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 Ni/V_2O_3 的制备过程 |
5.2.2 Pt/C电极的制备 |
5.2.3 样品物理表征 |
5.2.4 电化学测试 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 催化剂的物理表征 |
5.3.2 电化学表征 |
5.4 本章小结 |
6 不同溶液酸碱度电沉积制备Ni-P对于析氢反应的影响 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 制备Ni-P/Ni电极 |
6.2.2 催化剂的表征 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 组成及形貌结构分析 |
6.3.2 催化剂的表面性质 |
6.3.3 催化剂电催化性能的测试表征 |
6.4 本章小结 |
7 碳纳米管负载纳米氮化钼材料的制备与催化析氢性能研究 |
7.1 引言 |
7.2 实验部分 |
7.2.1 催化剂的制备 |
7.2.2 催化剂的表征 |
7.3 结果与讨论 |
7.3.1 MoN/CNT催化剂的组成及形貌结构分析 |
7.4 本章小结 |
8 二硫化钴纳米颗粒的制备与析氢性能的研究 |
8.1 前言 |
8.2 实验部分 |
8.2.1 催化剂的制备 |
8.2.2 催化剂的表征 |
8.2.3 催化剂的电化学性能测试 |
8.3 结果与讨论 |
8.4 本章小结 |
9 结论 |
9.1 结论 |
9.2 本论文的创新点 |
9.3 研究展望 |
参考文献 |
附录 |
A 作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
B 学位论文数据集 |
致谢 |
(10)甲烷催化裂解催化剂的研制与反应机理探究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 引言 |
1.1 课题研究背景 |
1.1.1 氢气的应用现状 |
1.1.2 氢气的制备 |
1.1.3 甲烷催化裂解制氢简述 |
1.2 甲烷催化裂解过程及反应机理 |
1.3 甲烷催化裂解催化剂类型 |
1.3.1 根据金属组分分类 |
1.3.2 根据载体差异分类 |
1.4 催化剂制备方法 |
1.5 催化剂性能的影响因素 |
1.5.1 金属活性组分及其负载量对催化剂性能的影响 |
1.5.2 金属助剂对催化剂性能的影响 |
1.5.3 载体类型对催化剂特性的影响 |
1.5.4 催化剂制备过程对其活性的影响 |
1.5.5 反应条件对催化性能的影响 |
1.6 催化剂及碳产物的测试表征手段 |
1.7 甲烷催化裂解催化剂的失活与再生 |
1.8 论文选题思路 |
第2章 实验部分 |
2.1 催化剂制备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 主要实验仪器 |
2.2 催化剂制备 |
2.2.1 M-Ni/Al_2O_3 催化剂的制备 |
2.2.2 Ni-Mn-Ru催化剂的制备 |
2.3 实验装置 |
2.3.1 甲烷催化裂解催化剂评价装置 |
2.3.2 甲烷催化裂解动力学实验装置 |
2.4 催化剂的结构性能分析 |
2.4.1 BET |
2.4.2 H_2-TPR |
2.4.3 XRD |
2.4.4 SEM |
2.4.5 ICP |
2.4.6 TG |
2.4.7 Raman |
第3章 M-Ni/Al_2O_3 催化剂甲烷催化裂解性能研究 |
3.1 实验方法 |
3.2 结果与分析 |
3.2.1 催化剂的结构与性质分析 |
3.2.2 催化剂甲烷催化裂解活性评价 |
3.2.3 甲烷催化裂解反应后的催化剂与积碳分析 |
3.3 小结 |
第4章 Ni-Mn-Ru催化剂甲烷催化裂解性能研究 |
4.1 实验方法 |
4.2 结果与分析 |
4.2.1 催化剂表面结构分析 |
4.2.2 催化剂甲烷催化裂解活性评价 |
4.2.3 甲烷催化裂解反应后的催化剂与积碳分析 |
4.3 小结 |
第5章 甲烷催化裂解反应机理探究 |
5.1 实验方法 |
5.2 甲烷裂解热动力学计算方法 |
5.2.1 甲烷催化裂解制氢动力学参数计算方法 |
5.2.2 催化剂失活动力学参数计算方法 |
5.3 结果与分析 |
5.3.1 催化剂作用下的甲烷分解制氢动力学参数计算 |
5.3.2 催化剂失活动力学参数计算 |
5.3.3 反应过程中C_2H_2 的产生 |
5.4 小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
攻读学位期间的研究成果及所获荣誉 |
致谢 |
四、催化裂解天然气生产碳纳米管(论文参考文献)
- [1]钴基MOF衍生材料的制备及其电催化性能研究[D]. 吴晓钢. 兰州大学, 2021(09)
- [2]催化裂解废弃油脂模型化合物制备氢气和碳纳米管[D]. 刘威. 北方民族大学, 2021(08)
- [3]甲醇氧化铂炭电催化剂可控构筑与活性位辨认[D]. 郝春宇. 华东理工大学, 2020(01)
- [4]煤焦与甲烷协同转化及合成超级电容器电极[D]. 葛亚军. 西北大学, 2020
- [5]M@CNTs构建及其催化甲醇裂解反应机理的DFT研究[D]. 宫亚玲. 太原理工大学, 2020(07)
- [6]甲烷干重整催化剂的设计及其在工业尾气转化中的应用研究[D]. 田井清. 华东师范大学, 2020(11)
- [7]Co基氮掺杂碳材料催化CH4-CO2重整制合成气研究[D]. 孙映晖. 太原理工大学, 2020(07)
- [8]镍基复合微波催化剂催化甲烷直接转化制氢的研究[D]. 王婕. 湘潭大学, 2020(02)
- [9]复合无机纳米材料电催化氧还原和析氢催化剂的研究[D]. 姬丹. 重庆大学, 2019(09)
- [10]甲烷催化裂解催化剂的研制与反应机理探究[D]. 王迪. 江西科技师范大学, 2019