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氢是高效、洁净的能源载体,为人类应对能源危机、环境污染等全球性问题提供了一种理想的储能方式。发展高效、安全的储氢技术是推动氢能应用的关键环节。水合肼(N2H4 H20)是一种新型化学储氢材料,具有储氢容量高(8 wt%)、材料成本低、便于贮运以及制氢反应不产生固体副产物等突出优点,因而受到广泛关注。本文围绕N2H4 H20分解制氢高效催化剂的制备及性能开展研究,并对N2H4·H2O制氢体系发展实用的关键问题进行探索,包括催化反应动力学动力规律、催化剂失活现象、整体式催化剂制备和低成本催化剂制备。主要内容如下:本文第一部分,采用共沉淀法制备了系列CeO2负载的Ni-Pt双金属合金催化剂,并研究其催化N2H4·H2O分解制氢的动力学性能。结果表明Ni60Pt40/C eO2催化剂对N2H4 H20分解制氢具有高活性和100%选择性。通过系统地研究反应温度、N2H4·H2O浓度、NaOH浓度和催化剂浓度对反应速率的影响,我们构建N2H4 H20催化分解反应的动力学方程为r=-d[N2H4·H2O]/dt=-k[N2H4·H2O]0.52/0.043[NaOH]0.57/0[catalyst]1.03,其中反应速率常数k=4.64 ×108 exp(-6591.29/T)。值得注意的是,在N2H4·H2O催化分解反应初始阶段,N2H4·H2O浓度较高,关于N2H4·H2O浓度的反应级数接近0级,而在反应后期,N2H4 H2O浓度较低,其反应级数为分数级。N2H4·H2O催化反应动力学研究结果可为N2H4 H20可控制氢装置的设计和运行条件的优化提供重要参数。本文第二部分,由于催化剂失活现象在N2H4 H2O制氢催化剂中普遍存在,这将严重限制N2H4·H2O制氢体系的实际应用。我们采用TPD-MS、FTIR和HRTEM技术研究了具有代表性的Ni-Pt/CeO2催化剂的失活现象。基于对催化N2H4·H2O分解后Ni-Pt/CeO2催化剂的研究,我们发现大量N2分子和多种反应中间产物过强地束缚在催化剂表面。此外,在N2分子的吸附量与活性衰减程度呈近似线性相关。这些结果为催化剂失活现象提供了直接的实验解释,说明催化剂表面与反应产物或中间产物的相互作用是决定催化剂性能的关键因素。本文第三部分,由于整体式催化剂在反应可控和重复利用方面具有重要的优势,对N2H4·H20制氢装置的设计具有重要意义。我们采用简单的浸渍-还原法制备了系列N2H4·H20制氢Ni-Pt/CeO2/GAC整体式催化剂。研究发现,通过调节催化剂热处理温度和气氛,可以改善催化剂对N2H4 H2O分解的催化活性和制氢选择性。该催化剂可在温和的反应温度、1 MNaOH条件下展现良好的催化活性和100%制氢选择性。重要的是,我们采用所制备的Ni-Pt/CeO2/GAC整体式催化剂,设计的高浓度N2H4·H2O制氢体系,实际储氢质量可达6.54 wt%。本研究结果对于促进N2H4·H2O制氢体系的实际应用具有重要意义。最后,由于贵金属常被应用于制备高效N2H4 H2O制氢催化剂,为了提高贵金属Pt的利用率以降低材料成本,我们采用强静电吸附法在NO/CeO2表面引入了高度分散的Pt。在H2气氛下热处理,得到了纳米晶和/或非晶态Ni-Pt双金属合金催化剂。与传统的浸渍法、置换法、沉积沉淀法等催化剂相比,静电吸附法制备的Ni-Pt/CeO2催化剂展现了最佳的催化活性和100%的制氢选择性。其原因在于,在催化剂表面引入高分散的Pt,有利于催化剂形成更多的活性位点,同时能获得更高的本征活性。从成本/性能的角度来看,采用强静电吸附法制备催化剂,贵金属利用率更高。此方法为低成本催化剂的设计提供了一种可行方案。