2 实验
2.1实验药品
碳纤维、氯化钴、硼酸、次亚磷酸钠、无水乙醇、去离子水(超纯水)、乙二醇、硫酸、氢氧化钠、硼氢化钠。
2.2.实验仪器
量筒、电子天平、超声波清洗器、烧杯、脉冲电镀电源、鼓风干燥箱、三口烧瓶、恒温水槽。
2.3实验步骤
2.3.1碳纤维预处理
1.裁剪若干片1cm*1cm的碳纤维,浸入无水乙醇中,并使用超声波清洗器震荡10分钟;
2.用超纯水反复清洗碳纤维,并浸入10g/L稀硫酸中,震荡1分钟;
3.用超纯水清洗若干次次后,再次超声震荡10分钟;
将清洗完的碳纤维放入鼓风干燥箱中,待其充分干燥后称重备用。
2.3.2脉冲电镀法制备催化剂(电镀1)
在规格为50ml的烧杯中分别加入50g/L氯化钴(2g)、30g/L硼酸(1.2g)和40ml超纯水,并用搅拌器搅拌均匀,同时滴入几滴适量浓度的硫酸,使PH值维持在4左右。在电流密度为1A,温度为50℃的条件下,电镀20min。电镀后将碳纤维清洗若干次,放于鼓风干燥箱中。
2.3.3浸渍液的制备
在规格为50ml的烧杯中加入10g/L氯化钴(0.6g)和10ml乙二醇,并用搅拌器搅拌均匀,将干燥后的样品分别放入浸渍液中浸渍3小时。
2.3.4脉冲电镀法制备催化剂(电镀2)文献综述
在规格为50ml的烧杯中分别加入2M/L硼氢化钠(3.024g)、10g/L氢氧化钠(0.4g)、0.1M/L次亚磷酸钠(0.424g)、20ml乙二醇和20ml超纯水,并用搅拌器搅拌均匀。在温度为40℃,电流密度为:0.5A的条件下,电镀40min。电镀后用超纯水清洗若干次,放入鼓风干燥箱中,待其完全干燥后称重。
图2.2和图2.3分别是电镀前的碳纤维和电镀后的催化剂。从肉眼可以看出,电镀前的碳纤维呈黑色,电镀后的碳纤维有点泛黄,也就是碳纤维已经镀上了金属元素钴。但是仅凭肉眼无法了解催化剂的特点,需使用SEM和XRD表征等先进手段来实现。
2.4表征
2.4.1 SEM表征
SEM即为扫描电子显微镜。在20世纪60年代开始出现用扫描型电子显微镜来观察样品的表面结构。
下图是通过SEM表征后得到的图片:
图2.4 碳纤维负载CoPB制氢催化剂的SEM图
2.4.2 XRD表征
XRD即X射线衍射,通过对材料的进行X射线衍射,得到材料组成,结构或材料内部的原子或分子的形态结构[13]。
3 碳纤维负载CoPB催化剂制氢性能研究
3.1产氢速率测试
首先配置浓度为5%硼氢化钠,2%氢氧化钠的溶液50ml。
如图3.1所示,将配置好的产氢液加入进料口,通过催化剂的催化,硼氢化钠醇解,产生大量氢气,气压将瓶内的水排出,通过单位时间内排出的水的体积来测试催化剂的催化性能,当导气管大量冒泡时开始记录,间隔10ml记录一次,每个样品记录3次。
水解制氢实验装置示意图
3.2实验结果及分析来!自~751论-文|网www.751com.cn
3.2.1 电镀1钴浓度不同对产氢速率的影响
在烧杯中分别配置20g/L、30g/L、40g/L、50g/L(2g)和60g/L氯化钴,再加入30g/L硼酸(1.2g)和40ml超纯水。恒温水浴温度为50度,采用单脉冲波形电镀,电流密度为1A,电镀时间为20min。放入鼓风干燥箱干燥,待其完全干燥后,放入0.6g(氯化钴)/10ml乙二醇浸渍液浸渍3h。
在烧杯中分别加入2M/L硼氢化钠(3.024g)、10g/L氢氧化钠(0.4g)、0.1M/L次亚磷酸钠(0.424g)、20ml乙二醇和20ml超纯水。在温度为40℃,电流密度为0.5A的条件下,电镀40min。