Synthese von Metallnanopartikeln, die auf Kohlenstoffnanoröhren mit dotierten Co- und N-Atomen unterstützt werden, und ihre katalytischen Anwendungen in der Wasserstoffproduktion

Pui-Ching Poon; Ka-Man Lee; Yuanhao Wang; William Wai Yan Lam; Peter Shu-Wai Leung; Xiao-Ying Lu; Weiqun Li; B. Layla Mehdi; Yang Lu; Chi-Wing Tsang; Eugene Yin Cheung Wong

doi:10.3791/62965

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Methodenartikel

Synthese von Metallnanopartikeln, die auf Kohlenstoffnanoröhren mit dotierten Co- und N-Atomen unterstützt werden, und ihre katalytischen Anwendungen in der Wasserstoffproduktion

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DOI:

10.3791/62965

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6. Dezember 2021

Pui-Ching Poon^*¹ , Ka-Man Lee^*¹ , Yuanhao Wang² , William Wai Yan Lam¹ , Peter Shu-Wai Leung¹ , Xiao-Ying Lu¹ , Weiqun Li³ , B. Layla Mehdi³ , Yang Lu⁴ , Chi-Wing Tsang¹ , Eugene Yin Cheung Wong²

¹Faculty of Science and Technology, Technological and Higher Education Institute of Hong Kong (THEi), ²Department of Supply Chain and Information Management, The Hang Seng University of Hong Kong, ³Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering, University of Liverpool, ⁴Laboratory of Building Environment and New Energy Resources, School of Civil Engineering, Faculty of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology

^* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier stellen wir ein Protokoll zur Synthese von Co-Nanopartikeln vor, die auf Kohlenstoffnanoröhren mit Co- und N-Dotierstoffen für die Wasserstoffproduktion unterstützt werden.

Zusammenfassung

Ein Verfahren zur einfachen Synthese von nanostrukturierten Katalysatoren, die auf Kohlenstoffnanoröhren mit atomar dispergiertem Kobalt- und Stickstoffdotierungsstoff unterstützt sind, wird hierin vorgestellt. Die neuartige Strategie basiert auf einer einfachen Eintopf-Pyrolysebehandlung von Kobalt(II)-acetylacetonat und stickstoffreichen organischen Vorläufern unter Ar-Atmosphäre bei 800 °C, was zur Bildung von Co- und N-kodotierten Kohlenstoffnanoröhren mit regenwurmähnlicher Morphologie führt. Es wurde festgestellt, dass der erhaltene Katalysator eine hohe Dichte an Defektstellen aufweist, wie durch Raman-Spektroskopie bestätigt wurde. Hier wurden Kobalt(II)-Nanopartikel auf den atomar dispergierten Kobalt- und Stickstoff-dotierten Kohlenstoffnanoröhren stabilisiert. Es wurde bestätigt, dass der Katalysator bei der katalytischen Hydrolyse von Ammoniakboran wirksam ist, bei der die Umsatzfrequenz 5,87 mol H 2·mol Co-1·min-1 betrug und die spezifische Wasserstofferzeugungsrate 2447 ml H₂·g _Co-1·^min-1 betrug. Eine synergistische Funktion zwischen dem Co-Nanopartikel und den dotierten Kohlenstoffnanoröhren wurde zum ersten Mal in der katalytischen Hydrolyse der Ammoniak-Boran-Reaktion unter einer milden Bedingung vorgeschlagen. Die daraus resultierende Wasserstoffproduktion mit ihrer hohen Energiedichte und minimalen Betankungszeit könnte sich für die zukünftige Entwicklung als Energieträger für mobile und stationäre Anwendungen wie Straßenfahrzeuge und Gabelstapler in Transport und Logistik eignen.

Einleitung

Die Entwicklung kostengünstiger und hocheffizienter Katalysatoren für die Erzeugung erneuerbarer Energien bleibt eines der kritischsten und herausforderndsten Probleme zur Linderung der Energiekrise. Es ist jedoch aufgrund mehrerer Bedenken weit von praktischen Anwendungen entfernt, wie z. B. großtechnische Produktionsmethoden mit zuverlässiger Leistung, hohen Produktionskosten und langjähriger Stabilität zur Verlängerung der Lebensdauer von Katalysatoren. Industriesektoren wie Transport und Logistik erfordern die Energieerzeugung für Fahrzeuge und Geräte mit langen Betriebsstunden, leistungsstarker Energieversorgung und minimaler Betankungszeit, um einen effizienten<....