浙江理工大学理学院化学系Benxia Li等--碱溶液中甲醛的碳催化氧脱氢高效制氢

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我们报道了一种在碱性溶液中以碳纳米管(CNTs)为催化剂，通过一种独特的涉及分子O2的反应机制来脱氢甲醛的有效过程。与其他碳基催化剂相比，碳纳米管的优异催化性能归因于其表面富含sp2-碳、亲水性和丰富的表面缺陷，这是最可能的活性位点。研究发现，碳纳米管上吸附的分子氧的活化产生的过氧化物是C-H活化的关键，可以有效地制氢。高性价比的碳基脱氢催化剂为新型液态有机载氢技术的发展提供了新的契机。

图1. (a)空气中各种碳材料催化碱性甲醛溶液催化制氢。(b)各种碳材料上HCHO脱氢活化能的Arrhenius分析。(c)不同p_O2中CNTs催化碱性甲醛溶液制氢。(d)对p_O2产生H₂的初始速率的双对数图;插图显示了p_O2随时间的变化。

图2 (a)各种碳材料的c1s XPS。(b)各种碳材料的接触角分析。(c) O 1s CNTs、c-CNTs和r-CNTs的XPS。(d) CNTs、c-CNTs和r-CNTs催化HCHO脱氢过程中随时间产生的氢。

图3. (a)连续5个反应循环中，碳纳米管的H2产率和碳纳米管的缺陷程度(通过拉曼光谱的ID/IG表征)。在每个循环中，反应物为HCHO浓度为¼0.5 mol L × 1的水溶液，NaOH浓度为¼1.0 mol L × 1的水溶液。(b)循环x后CNTs的拉曼光谱(表示CNT-x)。碳纳米管样品(c)反应前和(d)反应5个循环后的TEM图像。(c)和(d)的插图显示了相应样品的SEM图像。(e，f)反应前和反应5个循环后的HRTEM图像。

图4. 在空气中碱性溶液中，碳纳米管催化水相HCHO脱氢过程中记录的DMPO加合物。(b) DMPO在碱性HCHO溶液中加入CNT悬浮液，在N2气氛中。(c) DMPO在无naoh的HCHO溶液中与CNT悬浮在空气中。(d)暴露于一滴HCHO溶液并在O2流下净化后的CNTs原位漂移。

图5 碳纳米管上氧介导水相脱氢HCHO的关键基本步骤。

相关科研成果由浙江理工大学理学院化学系Benxia Li等人于2022年发表在international journal of hydrogen energy (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.06.134)上。原文：Carbon-catalyzed oxygen-mediated dehydrogenation of formaldehyde in alkaline solution for efficient hydrogen production。

转自《石墨烯研究》公众号



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