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「镍触媒」与其他贵金属相比,有什么优势?

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点击次数:24 更新时间:2019年08月08日17:25:51 打印此页 关闭

当化学反应发生时,镍触媒催化剂能有效地促进各种反应,纳米金属催化剂因其许多优点而特别受欢迎。贵金属具有很高的化学稳定性和活性,在实际应用中备受关注。


然而,贵金属纳米催化剂稀缺且昂贵,不能广泛用于所有化学反应。从经济角度来看,非贵金属三维过渡金属纳米粒子催化剂(如铁、镍和钴)已经成为许多化学反应的优选催化剂。


当然,要找到一种化学稳定性好的纳米粒子作为镍触媒催化剂并不容易。一般来说,它们非常活跃,即使在室温下也难以保持稳定性。

据报道,金属纳米粒子可以被有机分子、聚合物或氧化物涂层钝化,以增强其稳定性。这些导电性差的涂层会阻碍催化剂和试剂之间的有效电荷转移,从而降低金属纳米粒子的导电性和功能。也就是说,这些涂层可以防止催化剂活性受损。


「镍触媒」与其他贵金属相比,有什么优势?


理想的钝化层不仅可以帮助金属纳米粒子在反应环境中保持稳定性,还可以保持它们作为催化剂所需的导电性和化学活性。


导电碳涂层是理想的钝化层材料,石墨烯是优选的涂层,因为石墨烯由单层原子组成,具有高电子迁移率。据报道,石墨烯可以用作钝化层来防止3d过渡金属氧化。

石墨烯包覆的金属纳米粒子具有不同的效果,可以用于不同类型的特定镍触媒催化反应。发现碳纳米管包裹金属的化学反应发生了剧烈变化,在许多方面表现出高活性。


然而,剥离石墨烯(或氧化物)片很难完全覆盖金属纳米粒子。石墨烯涂层在金属基底上的原位生长需要极高的温度条件(通常高于800℃),但是金属纳米粒子在高温下易于表面熔化和成熟。因此,石墨烯包覆金属纳米粒子的制备需要一种新的合成方法。


如果镍和碳可以同时气化,就可以制备石墨烯包覆的镍纳米粒子。电弧放电是产生高温的一种简单方法,长期以来广泛应用于各种碳纳米材料的合成。石墨烯涂层相对容易在三维过渡金属基底上实现,这些材料的催化性能也值得探索。


通过甲烷化将煤或生物质转化为SNG(替代天然气或合成天然气)是解决能源问题的潜在方法。镍触媒催化剂因其低成本、高催化活性和高选择性而广泛应用于甲烷化。

然而,目前的镍触媒催化剂通常也存在活性不足和稳定性差的问题。我们发现了一种简单的一步法来解决这个问题,即通过电弧放电法原位生长石墨烯包裹的镍纳米粒子。

人们普遍认为镍表面形成的碳会严重影响其活性。然而,所制备的镍催化剂具有优异的催化活性、甲烷选择性和高稳定性。此外,石墨烯壳层中的氮掺杂可以进一步提高催化性能。该方法为设计适合苛刻条件的稳定催化剂提供了新的思路。

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