六元高熵二维材料的光热甲醇重整制氢的研究与应用
黄森焱
刘鑫
雷如楠
杜凯
于晨阳
李亚光
河北大学光驱动碳中和研究中心,河北保定 071002
摘要：为了提高光热甲醇重整制氢反应中铜基催化剂的稳定性与效率,提出了一种基于高熵策略的催化剂设计方法.通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助冻干法,成功制备了六元高熵二维Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5In0.5Ox催化剂.该催化剂通过多种表征手段(包括X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及氮气吸附脱附分析等)验证了其晶体结构的单一性以及表面纳米片状特征,同时显示出优异的抗烧结和抗氧化性能.在热催化反应中,当反应温度达到450 ℃时,氢气生成速率达到1 887.94 mmol/(g·h).在新型光热转换装置的配合下,该催化剂在2 kW/m2强度的太阳光下展现出显著的光热催化活性,其甲醇水蒸气重整产氢速率为1 402.12 mmol/(g·h),且在72 h内保持稳定,表现出卓越的长期稳定性.该催化剂的高性能主要源于其高熵特性带来的热力学稳定性及独特的多孔结构,这些特点显著增加了催化活性位点的数量,同时增强了对高温环境的适应能力.与传统催化剂相比,六元高熵Cu2Zn1Al0.5Ce5Zr0.5In0.5Ox在光热甲醇重整制氢反应中的催化性能和稳定性均得到了显著提升,克服了室外光热系统因温度波动导致的催化剂烧结问题.不仅为光热催化领域提供了一种新型高效催化剂设计策略,还进一步推动了高熵材料在复杂反应条件下的实际应用.通过将高熵材料与光热催化技术相结合,为实现氢能源的可持续高效生产提供了理论支持与实践依据,展现了该催化剂在工业化制氢中的广阔应用前景.
关键词：PVP辅助冻干法高熵材料光热催化技术甲醇水蒸气重整制氢催化剂
分类号：TQ53(煤化学及煤的加工利用)TK114(热能、热力工程)
资助基金：国家自然科学基金(52371220)国家自然科学基金(U23A20139)
论文发表日期：2024-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 76-82 )
英文信息