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「鎳觸媒」與其他貴金屬相比,有什么優勢?

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點擊次數:653 更新時間:2019年08月08日17:25:51 打印此頁 關閉

當化學反應發生時,鎳觸媒催化劑能有效地促進各種反應,納米金屬催化劑因其許多優點而特別受歡迎。貴金屬具有很高的化學穩定性和活性,在實際應用中備受關注。


然而,貴金屬納米催化劑稀缺且昂貴,不能廣泛用于所有化學反應。從經濟角度來看,非貴金屬三維過渡金屬納米粒子催化劑(如鐵、鎳和鈷)已經成為許多化學反應的優選催化劑。


當然,要找到一種化學穩定性好的納米粒子作為鎳觸媒催化劑并不容易。一般來說,它們非?;钴S,即使在室溫下也難以保持穩定性。

據報道,金屬納米粒子可以被有機分子、聚合物或氧化物涂層鈍化,以增強其穩定性。這些導電性差的涂層會阻礙催化劑和試劑之間的有效電荷轉移,從而降低金屬納米粒子的導電性和功能。也就是說,這些涂層可以防止催化劑活性受損。


「鎳觸媒」與其他貴金屬相比,有什么優勢?


理想的鈍化層不僅可以幫助金屬納米粒子在反應環境中保持穩定性,還可以保持它們作為催化劑所需的導電性和化學活性。


導電碳涂層是理想的鈍化層材料,石墨烯是優選的涂層,因為石墨烯由單層原子組成,具有高電子遷移率。據報道,石墨烯可以用作鈍化層來防止3d過渡金屬氧化。

石墨烯包覆的金屬納米粒子具有不同的效果,可以用于不同類型的特定鎳觸媒催化反應。發現碳納米管包裹金屬的化學反應發生了劇烈變化,在許多方面表現出高活性。


然而,剝離石墨烯(或氧化物)片很難完全覆蓋金屬納米粒子。石墨烯涂層在金屬基底上的原位生長需要極高的溫度條件(通常高于800℃),但是金屬納米粒子在高溫下易于表面熔化和成熟。因此,石墨烯包覆金屬納米粒子的制備需要一種新的合成方法。


如果鎳和碳可以同時氣化,就可以制備石墨烯包覆的鎳納米粒子。電弧放電是產生高溫的一種簡單方法,長期以來廣泛應用于各種碳納米材料的合成。石墨烯涂層相對容易在三維過渡金屬基底上實現,這些材料的催化性能也值得探索。


通過甲烷化將煤或生物質轉化為SNG(替代天然氣或合成天然氣)是解決能源問題的潛在方法。鎳觸媒催化劑因其低成本、高催化活性和高選擇性而廣泛應用于甲烷化。

然而,目前的鎳觸媒催化劑通常也存在活性不足和穩定性差的問題。我們發現了一種簡單的一步法來解決這個問題,即通過電弧放電法原位生長石墨烯包裹的鎳納米粒子。

人們普遍認為鎳表面形成的碳會嚴重影響其活性。然而,所制備的鎳催化劑具有優異的催化活性、甲烷選擇性和高穩定性。此外,石墨烯殼層中的氮摻雜可以進一步提高催化性能。該方法為設計適合苛刻條件的穩定催化劑提供了新的思路。

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