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文献综述
文 献 综 述
1. 前言
氢气是一种具有极高能量密度的二次清洁能源。在 20 世纪 70 年代第一次石油危机期间,氢经济的概念被首次提出并推广,目标是在不远的将来利用氢气作为支撑全球经济的主要能源,取代现有的石油经济体系。氢燃料电池是其中的核心环节。它将氢气的化学能高效转化为电能,在航空航天、汽车以及其他固定和移动能量提供体系中有广泛的应用前景,是最具潜力的新一代能量提供系统。但是氢气化学性质活泼,氢气的储存和输运成为氢燃料电池应用乃至整个氢经济的关键瓶颈。目前,丰田的商业化氢燃料电池汽车 Mirai 的解决方案是使用容量为约 120 L、压力高达 700 个大气压的钢瓶进行储氢,虽然经过严格的安全测试,但人们对其安全性仍存在质疑,而且城市内加氢基础设施建设需要大量的投资且存在一定安全隐患。所以寻找新的安全的高效的催化剂就成为了解决问题的重大关键。
2.碳化钼催化剂
2.1碳化钼的概述
自 1973 年,Levy 【1】等指出碳化钨具有类贵金属性质以来,碳化物作为催化材料引起了研究者的广泛关注。碳化钼是由半径较小的 C 原子嵌入半径较大金属 Mo 原子晶格形成间充性合金,从而形成简单的晶格结构。碳化钼的形成是由金属 Mo原子向 C 原子转移 0~2 个电子,形成金属键,离子键和共价键三种化学键。Mo- C 键的形成,导致金属 Mo被碳化后展现出有别于母体金属的催化性能。由于碳化钼不仅具有类贵金属性质,而且还具有高熔点、高稳定性和耐硫耐氮、耐焙烧等优良的性能【2】,使其在加氢反应、制氢反应和氧还原反应等催化领域得到了广泛的应用,并且碳化钼的价格低廉,使其成为最具有潜能代替贵金Pt,Pd 的催化剂之一。
2.2碳化钼的制备
2.2.1化学气相沉积法
Xu C 【3】等用化学气相沉积法制备出了高比表面积、高质量的 2D 薄膜 α- Mo2C 晶体催化剂。这种方法不仅使晶体粒子尺寸较小(~10μm)的颗粒增大(100μm),还解决了使用氢氟酸或氟化锂和盐酸溶液作为刻蚀剂制备碳化钼时,羟基、其他含氧基团和氟元【4,5】在表面上残留的的问题。并且该催化剂在磁场中表现出很强的各项异性,在乙醇、丙酮、异丙烷等一些液体中表现出很好的重复性和稳定性。Gavrilova 【6】等用两步法制备出 Mo2C 基薄膜催化剂。首先,用气相沉积法制备 Mo O2层,通过改变六羰基钼的气相浓度可以调节 Mo O2层的质量和厚度,同时也可以控制催化剂的孔结构、相沉积和载体活性组分的分布。再经过程序升温碳化就制备出了对 CO 制备甲烷具有良好催化活性的 Mo2C 基薄膜催化剂。
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