关于负载型CoP催化剂制备及硼氢化钠水解制氢性能研究的“三喜二忧一思”

代一凡

【摘 要】本文就负载型CoP催化剂制备及硼氢化钠水解制氢性能研究引发的“三喜二忧一思”。“三喜”源于制氢积极而深远的影响及硼氢化钠水解技术的显著优势以及负载型CoP催化剂良好的稳定性能及喜人的应用前景。“二忧”则源于对硼氢化钠水解制氢成本居高不下及贵金属催化剂依然占据主导地位的担忧。进而引发积极寻求可代替硼氢化钠原料“钠”得其他材料以降低成本，使硼氢化钠水解制氢技术得到更为广泛应用的思考。同时也期待更多性能更好、成本更低、稳定性更强的催化剂催化剂研制成功并被广泛应用入到制氢工业中。

【关键词】制氢;硼氢化钠水解;负载;CoP催化剂

如何探究和利用硼氢化钠来制氢是中学生学习化学的一个重要内容。一般来说，可以从前期实验药品的准备、称量到催化剂的合成过程，再到催化剂诸如形貌分析、组成测定以及晶体研究等表征手段，最后到硼氢化钠水解制氢测试及其相关性能影响因素的进行深入探究，在不断的探究过程中，引发了本人对负载型CoP催化剂制备及硼氢化钠水解制氢更深入的思考。我将这种思考概括为“三喜”“两忧”“一思”。“三喜”：

“一喜”：制氢带来的积极而又深远的影响

其实，实验前对氢也只是稍有一点点了解，我在深入的探究过程中发现原来氢气不仅能量密度非常高，热值高达120 MJ·kg-1，是石油热值的3 倍，而且其燃烧后产物为水，因而绿色环保无污染。此外，氢气来源也非常广泛且可循环使用中，因此被公认为是未来最为清洁高能的新型能源。另外，大量文献中也提到：有效开发和利用氢可更好地缓解社会经济高速发展对能源的需求增加与目前石化能源过度使用面临逐渐枯竭之间的矛盾，有因其燃烧后产物为水，因而可更好地避免直接使用带来的排放及对环境的污染问题，由此可见，它的有效开发及利用对节约能源、改善生存环境等方面有着如此积极而又深远的影响，令人欣喜。

“二喜”：硼氢化钠水解技术的显著优势

另外，在研究中，可以发现探究所采用的以硼氢化钠水解来制氢这一技术前景也非常喜人。大量参考文献中提到：目前制氢技术虽然多种多样，不仅可以通过化学方法对化合物进行重整、分解、光解、水解等途径获取氢气，还可通过电解水亦或利用产氢微生物发酵以及通过光合作用来制取，但在众多制氢方式中，硼氢化钠水解制氢有着其他方式所无法比拟的显著优势，因而备受关注。其优势主要体现为：1.储氢容量高。硼氢化钠本身的储氢量（质量分数，下同为 10.6%，其饱和水溶液质量分数可达35%，此时的储氢量为7.4%）;2.产氢纯度高。以硼氢化钠水解来制取氢气，不像电解水或者煤高温氧化制氢一样中间会伴随O2、CO等杂质的产生，这种方式所产生的氢气不含CO及其他杂质，只有少量的水分，因而不需纯化不需要纯化;3.反应温度低一般常温条件下即可（例如：我们在探究本次实验时就将反应温度设定在30℃）;4.反应条件简单易控。就如第三条所述，硼氢化钠水解制氢低温下就可进行，且不需要提供额外的能量，只需控制流过催化剂的NaBH4溶液的量或与NaBH4溶液接触的催化剂（表面积）的量，就可有效控制产氢量及产氢速度;5.安全性能高。NaBH4水溶液本身具有阻燃性，加入稳定剂后稳定性能更高，因而更能稳定存在于空气中，安全方便;此外，反应产物易于回收，可有效提高能源循环利用率等，因而采用硼氢化钠水解制氢被认为是目前最高效、安全、实用的现场和非现场的制氢技术，市场前景喜人。

“三喜”：利用负载型Cop催化制氢的非凡意义

除了制氢行动本身的积极而深远的影响带自己的惊喜外，前面也谈到了还欣喜于氢氧化钠水解这一制氢技术的独特优势，而第三重惊喜就是自己亲手制备成功的负载型CoP催化剂了。说到催化剂，据了解，目前常用的有两类：一类是Pt、Ru、Pd等贵金属催化剂;另一类是Ni-B、Co-B、CoP等非贵金属催化剂。大量研究表明：前一类贵金属虽催化剂活性较强，但价格昂贵且储量有限无法循环使用，因而在一定程度上限制了其广泛应用。而非贵金属催化剂不仅成本低、催化活性强，且极具稳定性，还可反复循环使用，从此可见应用前景喜人。另外，在进一步研究中，我还了解到：以泡沫镍为载体，采用化学气相浴沉积方法来制备CoP催化剂主要是考虑到NaBH4水解反应过程中放出大量热量，同时在催化剂的表面会有大量氢气生成，采取负载的方式可使载体与CoP之间有更强的相互作用而使得后者结合紧密，分散良好，不易流失，因而从整体上更好地提升了此催化剂的稳定性。而所用的载体材料不仅可以是泡沫镍，还可以是活性炭、金属氧化物、蜂窝陶瓷等。二忧”：

“一忧”：硼氢化钠制氢成本居高不下

在研究中，可以发现，虽然中国硼矿资源也比较丰富，总产量居世界第4位，能基本满足国内需求，还有少量出口。但目前工业上生产NaBH4主要为硼酸三甲酯-氢化钠法（亦称Schlesinger法）和硼砂-金属氢化还原法（亦称Bayer法），而这于两种工艺都需消耗大量金属钠，因而硼氢化钠成本较高，（目前市场价约为$80/kg，很大程度上限制这一技术的广泛應用。

“二忧”：贵重金属催化剂依然占据主导地位

刚才为硼氢化钠原材料昂贵在一定程度上阻碍其获得商业成功担忧的同时，又为目前国内制氢现状担忧。而今，硼氢化钠制氢工艺所用催化剂依然多为Ru、PCo-Bt等贵金属，方面增加了该工艺的成本，同时也在一定程度的上限制了它的发展。

“一思”：可否用其他原材料替代钠以降低成本

结合刚才的两点担忧，可以考虑是否可采用其他原材料来替代“钠”获取硼氢化钠，这样就可弥补原材料昂贵而影响硼氢化钠水解应用受限，从而使这一制氢技术更好地在各个领域发其实效。同时，也热切期待未来会有更多性能更强、成本更低、实用性更强的催化剂研制成功并被广泛应用入到制氢工业中。

总之，化学的学习要注重平时的探究能力的培养，只有这样，才能不断培养学生发现问题、解决问题的能力以及创新思维能力。

【参考文献】

[1]杨兰，罗威，程功臻.氨硼烷水解制氢的研究进展[J].大学化学，2014.29（6）：1-10

[2]Xu D Y，Wang H Z，Guo Q J，Ji S F.Catalytic beha

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