快速合成廉价CuMo纳米粒子高效催化氨硼烷水解产氢

杨昆 姚淇露 卢章辉 康志兵 陈祥树

引用本文: 杨昆,  姚淇露,  卢章辉,  康志兵,  陈祥树. 快速合成廉价CuMo纳米粒子高效催化氨硼烷水解产氢[J]. 物理化学学报, 2017, 33(5): 993-1000. doi: 10.3866/PKU.WHXB201702087 shu
Citation:  YANG Kun,  YAO Qi-Lu,  LU Zhang-Hui,  KANG Zhi-Bing,  CHEN Xiang-Shu. Facile Synthesis of CuMo Nanoparticles as Highly Active and Cost-Effective Catalysts for the Hydrolysis of Ammonia Borane[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(5): 993-1000. doi: 10.3866/PKU.WHXB201702087 shu

快速合成廉价CuMo纳米粒子高效催化氨硼烷水解产氢

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21463012),江西省青年科学家培养对象(20133BCB23011)及江西省赣鄱英才555 工程资助

摘要: 在无表面活性剂和载体的情况下,使用硼氢化钠作为还原剂,简单快速地合成了CuMo非贵金属纳米粒子。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、光电子能谱(XPS)和比表面积分析(BET)等方法详细地表征了所合成的CuMo纳米粒子,并在室温下将其用于催化氨硼烷水解产氢。所合成的Cu0.9Mo0.1纳米粒子对于氨硼烷水解制氢表现出优异的催化性能,在室温下其转化频率(TOF)达到14.9 min-1,在已报道的Cu催化剂中处于相对较高的值。这种简单的合成方法不仅仅局限于合成CuMo纳米粒子,还可以扩展到合成CuW(3.6 min-1)、CuCr(2 min-1)、NiMo(55.6 min-1)和CoMo(21.7 min-1)纳米粒子,它提供了一种普适的方法合成Cu-M(M = Mo,W,Cr)和TM-Mo(TM = Cu,Ni,Co)纳米粒子作为一系列新型催化剂用于氨硼烷水解。双金属纳米粒子增强的催化活性归因于应力和配体效应诱导的Cu-M纳米粒子的协同促进效果。

English

    1. [1]

      Schlapbach, L.; Züttel, A. Nature 2001, 414, 353. doi: 10.1038/35104634

    2. [2]

      Chen, P.; Xiong, Z.; Luo, J.; Lin, J.; Tan, K. L. Nature 2002, 420, 302. doi: 10.1038/nature01210

    3. [3]

      Hannauer, J.; Akdim, O.; Demirci, U. B.; Geantet, C.; Herrmann, J. M.; Miele, P.; Xu, Q. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3355. doi: 10.1039/C1EE01886H

    4. [4]

      Lu, L. L.; Zhang, H. J.; Zhang, S.W.; Li, F. L. Angew. Chem.Int. Ed. 2015, 127, 9460. doi: 10.1002/ange.201500942

    5. [5]

      Liang, C.; Liang, S.; Xia, Y.; Huang, H.; Gan, Y. P.; Tao, Y. X.; Zhang, W. K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31 (4), 627. [梁初, 梁升, 夏阳, 黄辉, 甘永平, 陶新永, 张文魁. 物理化学学报, 2015, 31 (4), 627] doi: 10.3866/PKU.WHXB201501282

    6. [6]

      Chang, J. F.; Xiao, Y.; Luo, Z. Y.; Ge, J. J.; Liu, C. P.; Xing, W.Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (7), 1556. [常进法, 肖瑶, 罗兆艳, 葛君杰, 刘长鹏, 邢巍. 物理化学学报, 2016, 32 (7), 1556.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201604291

    7. [7]

      Wang, Z. L.; Wang, H. L.; Yan, J. M.; Ping, Y.; O, S. I.; Li, S. J.; Jiang, Q. Chem. Commun. 2014, 50, 2732. doi: 10.1039/c3cc49281b

    8. [8]

      Wang, Z. L.; Yan, J. M.; Ping, Y.; Wang, H. L.; Zheng, W. T.; Jiang, Q. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 4406. doi: 10.1002/anie.201301009

    9. [9]

      Zhu, Q. L.; Xu, Q. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 478.doi: 10.1039/c4ee03690e

    10. [10]

      Yadav, M.; Xu, Q. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9698.doi: 10.1039/c2ee22937d

    11. [11]

      Lu, Z. H.; Xu, Q. Funct. Mater. Lett. 2012, 5, 123001.doi: 10.1142/S1793604712300010

    12. [12]

      Peng, B.; Chen, J. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 479.doi: 10.1039/b809243p

    13. [13]

      Jiang, H. L.; Xu, Q. Catal. Today 2011, 170, 56. doi: 10.1016/j.cattod.2010.09.019

    14. [14]

      Demirci, U. B.; Miele, P. J. Power Sources 2010, 195, 4030.doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.01.002

    15. [15]

      Sutton, A. D.; Burrell, A. K.; Dixon, D. A.; Garner, E. B.; Gordon, J. C.; Nakagawa, T.; Ott, K. C.; Robinson, J. P.; Vasiliu, M. Science 2011, 311, 1426. doi: 10.1126/science.1199003

    16. [16]

      Cheng, H. F.; Kamegawa, T.; Mori, K.; Yamashita, H. Angew.Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2910. doi: 10.1002/anie.201309759

    17. [17]

      Cheng, F. Y.; Ma, H.; Li, Y. M.; Chen, J. Inorg. Chem. 2007, 46, 788. doi: 10.1021/ic061712e

    18. [18]

      Heldebrant, D. J.; Karkamkar, A.; Hess, N. J.; Bowden, M.; Rassat, S.; Zheng, F.; Rappe, K.; Autrey, T. Chem. Mater. 2008, 20, 5332. doi: 10.1021/cm801253u

    19. [19]

      Li, Z. Y.; Zhu, G. S.; Lu, G. Q.; Qiu, S. L.; Yao, X. D. J. Am.Chem. Soc. 2010, 132, 1490. doi: 10.1021/ja9103217

    20. [20]

      Zhou, L. M.; Zhang, T. R.; Tao, Z. L.; Chen, J. Nano Res. 2014, 7, 774. doi: 10.1007/s12274-014-0438-7

    21. [21]

      Zhu, Q. L.; Li, J.; Xu, Q. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10210.doi: 10.1021/ja403330m

    22. [22]

      Ranmachandran, P. V.; Gagare, P. D. Inorg. Chem. 2007, 46, 7810. doi: 10.1021/ic700772a

    23. [23]

      Guo, L. L.; Gu, X. J.; Kang, K.; Wu, Y. Y.; Cheng, J.; Liu, P. L.; Wang, T. S.; Su, H. Q. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 22807.doi: 10.1039/C5TA05487G

    24. [24]

      Sun, D. H.; Mazumder, V.; Metin, Ö.; Sun, S. H. ACS Nano 2011, 5, 6458. doi: 10.1021/nn2016666

    25. [25]

      Kang, J. X.; Chen, T.W.; Zhang, D. F.; Guo, L. Nano Energy 2016, 23, 145. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.03.017

    26. [26]

      Mori, K.; Miyawaki, K.; Yamashita, H. ACS Catal. 2016, 6, 3128. doi: 10.1021/acscatal.6b00715

    27. [27]

      Rej, S.; Hsia, C. F.; Chen, T. Y.; Lin, F. C.; Huang, J. S.; Huang, M. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 7222. doi: 10.1002/anie.201603021

    28. [28]

      Yang, L.; Su, J.; Meng, X. Y.; Luo, W.; Cheng, G. Z. J. Mater.Chem. A 2013, 1, 10016. doi: 10.1039/C3TA11835E

    29. [29]

      Wen, M.; Sun, B.; Zhou, B.; Wu, Q. S.; Peng, J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 11988. doi: 10.1039/c2jm31311a

    30. [30]

      Chandra, M.; Xu, Q. J. Power Sources 2007, 168, 135.doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.03.015

    31. [31]

      Chandra, M.; Xu, Q. J. Power Sources 2006, 156, 190.doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.05.043

    32. [32]

      Wang, X.; Liu, D. P.; Song, S. Y.; Zhang, H. J. J. Am. Chem.Soc. 2013, 135, doi: 15864. 10.1021/ja4069134

    33. [33]

      Chen, W. Y.; Ji, J.; Feng, X.; Duan, X. Z.; Qian, G.; Li, P.; Zhou, X. G.; Chen, D.; Yuan, W. K. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, doi: 16736. 10.1021/ja509778y

    34. [34]

      Khalily, M. A.; Eren, H.; Akbayrak, S.; Susapto, H. H.; Biyikli, N.; Özkar, S.; Guler, M. O. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 128, 12445. doi: 10.1002/ange.201605577

    35. [35]

      Zahmakıran, M.; Özkar, S. Appl. Catal. B: Environ. 2009, 89, 104. doi: 10.1016/j.apcatb.2008.12.004

    36. [36]

      Yao, Q. L.; Lu, Z. H.; Jia, Y. S.; Chen, X. S.; Liu, X. Int. J.Hydrog. Energy 2015, 40, 2207. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.12.047

    37. [37]

      Yao, Q. L.; Shi, W. M.; Fang, G.; Lu, Z. H.; Zhang, X. L.; Tao, D. J.; Kong, D. J.; Chen, X. S. J. Power Sources 2014, 257, 293.doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.01.122

    38. [38]

      Fuku, K.; Hayashi, R.; Takakura, S.; Kamegawa, T.; Mori, K.; Yamashita, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7446.doi: 10.1002/anie.201301652

    39. [39]

      Chen, Y. Z.; Liang, L. F.; Yang, Q. H.; Hong, M. C.; Xu, Q.; Yu, S. H.; Jiang, H. L. Mater. Horiz. 2015, 2, 606. doi: 10.1039/c5mh00125k

    40. [40]

      Xi, P. X.; Chen, F. J.; Xie, G. Q.; Ma, C.; Liu, H. Y.; Shao, C.W.; Wang, J.; Xu, Z. H.; Xu, X. M.; Zeng, Z. Z. Nanoscale 2012, 4, 5597. doi: 10.1039/c2nr31010d

    41. [41]

      Chen, Y. Z.; Xu, Q.; Yu, S. H.; Jiang, H. L. Small 2015, 11, 71.doi: 10.1002/smll.201401875

    42. [42]

      Xu, Q.; Chandra, M. J. Power Sources 2006, 163, 364.doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.09.043

    43. [43]

      Li, P. Z.; Aranishi, K.; Xu, Q. Chem. Commun. 2012, 48, 3173.doi: 10.1039/c2cc17302f

    44. [44]

      Cao, C. Y.; Chen, C. Q.; Li, W.; Song, W. G.; Cai, W.ChemSusChem 2010, 3, 1241. doi: 10.1002/cssc.201000229

    45. [45]

      Metin, Ö.; Mazumder, V.; Özkar, S.; Sun, S. H. J. Am. Chem.Soc. 2010, 132, 1468. doi: 1468. 10.1021/ja909243z

    46. [46]

      Zhang, J. K.; Chen, C. Q.; Yan, W. J.; Duan, F. F.; Zhang, B.; Gao, Z.; Qin, Y. Catal. Sci. Technol. 2010, 6, 2112. doi: 10.1039/C5CY01497B

    47. [47]

      Xu, F. Q.; Hu, X. F.; Cheng, F. Y.; Liang, J.; Tao, Z. L.; Chen, J.Chin. J. Inorg. Chem. 2015, 31 (1), 103. [徐凤勤, 胡小飞, 程方益, 梁静, 陶占良, 陈军. 无机化学学报, 2015, 31 (1), 103.] doi: 10.11862/CJIC.2015.032

    48. [48]

      Yan, J. M.; Zhang, X. B.; Shioyama, H.; Xu, Q. J. PowerSources 2010, 195, 1091. doi: 10.1016/j.jpowsour.2009.08.067

    49. [49]

      Umegaki, T.; Yan, J. M.; Zhang, X. B.; Shioyama, H.; Kuriyama, N.; Xu, Q. J. Power Sources 2010, 195, 8209.doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.07.079

    50. [50]

      Li, Z.; He, T.; Liu, L.; Chen, W. D.; Zhang, M.; Wu, G. T.; Chen, P. Chem. Sci. 2017, 8, 781. doi: 10.1039/C6SC02456D

    51. [51]

      Yang, Y.W.; Feng, G.; Lu, Z. H.; Hu, N.; Zhang, F.; Chen, X. S.Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30 (6), 1180. [杨宇雯, 冯刚, 卢章辉, 胡娜, 张飞, 陈祥树. 物理化学学报, 2014, 30 (6), 1180.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201404141

    52. [52]

      Yao, Q. L.; Lu, Z. H.; Zhang, Z. J.; Chen, X. S.; Lan, Y. Q. Sci.Rep. 2014, 4, 7597. doi: 10.1038/srep07597

    53. [53]

      Yang, Y.W.; Lu, Z. H.; Hu, Y. J.; Zhang, Z. J.; Shi, W. M.; Chen, X. S.; Wang, T. T. RSC Adv. 2014, 4, 13749. doi: 10.1039/c3ra47023g

    54. [54]

      Zahmakıran, M.; Durap, F.; Özkar, S. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35, 187. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.10.055

    55. [55]

      Ozay, O.; Inger, E.; Aktas, N.; Sahiner, N. Int. J. Hydrog.Energy 2011, 36, 8209. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.140

    56. [56]

      Yao, Q. L.; Lu, Z. H.; Wang, Y. Q.; Chen, X. S.; Feng, G. J.Phys. Chem. C 2015, 119, 14167. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b02403

    57. [57]

      Lu, Z. H.; Li, J. P.; Zhu, A. L.; Yao, Q. L.; Huang, W.; Zhou, R.Y.; Zhou, R. F.; Chen, X. S. Int. J. Hydrog. Energy 2013, 38, 5330. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.02.076

    58. [58]

      Lu, Z. H.; Li, J. P.; Feng, G.; Yao, Q. L.; Zhang, F.; Zhou, R. Y.; Tao, D. J.; Chen, X. S.; Yu, Z. Q. Int. J. Hydrog. Energy 2014, 39, 13389. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.04.086

    59. [59]

      Yan, J. M.; Zhang, X. B.; Han, S.; Shioyama, H.; Xu, Q. Angew.Chem. Int. Ed. 2008, 47, 2287. doi: 10.1002/anie.200704943

    60. [60]

      Feng, K.; Zhong, J.; Zhao, B. H.; Zhang, H.; Xu, L.; Sun, X. H.; Lee, S. T. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11950. doi: 10.1002/ange.201604021

    61. [61]

      Bulut, A.; Yurderi, M.; Ertas, İ. E.; Celebi, M.; Kaya, M.; Zahmakiran, M. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 180, 121.doi: 10.1016/j.apcatb.2015.06.021

    62. [62]

      Umegaki, T.; Yan, J. M.; Zhang, X. B.; Shioyama, H.; Kuriyama, N.; Xu, Q. Int. J. Hydrog. Energy 2009, 34, 3816.doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.03.003

    63. [63]

      Kalidindi, S. B.; Indirani, M.; Jagirdar, B. R. Inorg. Chem. 2008, 47, 7424. doi: 10.1021/ic800805r

    64. [64]

      Yan, J. M.; Wang, Z. L.; Wang, H. L.; Jiang, Q. J. Mater. Chem. 2012, 22, 10990. doi: 10.1039/c2jm31042b

    65. [65]

      Li, P. Z.; Aijaz, A.; Xu, Q. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6753. doi: 10.1002/anie.201202055

    66. [66]

      Wen, M. C.; Cui, Y.W.; Kuwahara, Y.; Mori, K.; Yamashita, H.ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8, 21278. doi: 10.1021/acsami.6b04169

    67. [67]

      Yao, Q. L.; Lu, Z. H.; Huang, W.; Chen, X. S.; Zhu, J. J. Mater.Chem. A 2016, 4, 8579. doi: 10.1039/C6TA02004F

    68. [68]

      Wang, H. L.; Yan, J. M.; Li, S. J.; Zhang, X.W.; Jiang, Q. J.Mater. Chem. A 2015, 3, 121. doi: 10.1039/c4ta05360e

    69. [69]

      Patel, N.; Fernandes, R.; Miotello, A. J. Catal. 2010, 271, 315.doi: 10.1016/j.jcat.2010.02.014

    70. [70]

      Fernandes, R.; Patel, N.; Miotello, A.; Jaiswal, R.; Kothari, D.C. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 2397. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.10.119

    71. [71]

      Yang, K. K.; Yao, Q. L.; Huang, W.; Cheng, X. S.; Lu, Z. H. Int.J. Hydrog. Energy 2017, doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.12.029

    72. [72]

      Kalidindi, S. B.; Sanyal, U.; Jagirdar, B. R. Phys. Chem. Chem.Phys. 2008, 10, 5870. doi: 10.1039/B805726E

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  312
  • HTML全文浏览量:  21
文章相关
  • 发布日期:  2017-02-08
  • 收稿日期:  2016-12-15
  • 修回日期:  2017-01-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章