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pt - n 掺杂储氢活性炭复合材料的合成与表征

该研究发表于 Composites Part B（2019），使用 XH-800S 开展 氮掺杂活性炭、Pt 纳米颗粒 研究，关键结果包括具有超高比表面积 3155 m²/g；以比表面积 3155 m²/g；平均粒径 2.27 nm。

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论文编号 294
应用方向 氮掺杂活性炭、Pt 纳米颗粒、微波辅助水热、储氢、溢流效应、竹基生物碳
关键结果 具有超高比表面积 3155 m²/g
核心条件 温度 180 °C
论文编号
294
期刊
Composites Part B
影响因子
6.864
中科院分区
1 区
发表年份
2019
DOI
10.1016/j.compositesb.2018.12.122
设备型号
XH-800S
作者单位
福建农林大学；福建农林大学 材料工程学院；英国布鲁内尔大学 工程、设计与物理科学学院；浙江林业科学院 竹子研究重点实验室；意大利萨莱诺大学 土木工程系
Fujian University of Agriculture and Forestry; College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, PR China; College of Engineering, Design and Physical Sciences, Brunel University, Uxbridge, United Kingdom; Key Laboratory of Bamboo Research, Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou, PR China; Department of Civil Engineering, University of Salerno, Italy
研究方向
氮掺杂活性炭 Pt 纳米颗粒 微波辅助水热 储氢 溢流效应 竹基生物碳

事实快照

  • 论文：pt - n 掺杂储氢活性炭复合材料的合成与表征
  • 设备：XH-800S
  • 期刊与分区：Composites Part B，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 180 °C；压力 1.9 MPa；时间 15 min / 10 min / 1 h
  • 关键结果：具有超高比表面积 3155 m²/g；以比表面积 3155 m²/g；平均粒径 2.27 nm
  • 用途：可作为 氮掺杂活性炭、Pt 纳米颗粒 的论文证据页。

研究摘要

论文摘要指出，以比表面积高达 3155 m²/g 的竹基活性炭（AC）为原料，首先通过微波辅助水热法进行氮掺杂，获得 N 含量为 1.64 wt% 的氮掺杂活性炭（NAC）。然后通过湿法浸渍制备了 Pt 负载量为 2.87 ~ 6.73 wt% 的 Pt-AC 复合材料。N₂ 吸附、ICP-OES、XRD、TEM、EDX、SEM 和 H₂ 化学吸附等表征结果表明：i）Pt 含量增加导致金属颗粒尺寸增大；ii）N 掺杂使 Pt 纳米颗粒更小、分散更好；iii）Pt 掺杂导致比表面积下降（孔堵塞）。77 K 下储氢容量与多孔结构密切相关，而 298 K 下 Pt 掺杂 NAC 的储氢增强因子达 1.82（相比 Pt 掺杂 AC），这归因于溢流效应（spillover effect），且与 Pt 含量有关。Pt-N 掺杂 AC 的储氢性能也优于纯 Pt 掺杂 AC，进一步证明了溢流效应的增强，这应归因于更好的 Pt 分散性和更小的 Pt 纳米颗粒尺寸。

研究背景与解决的问题

论文摘要指出，以比表面积高达 3155 m²/g 的竹基活性炭（AC）为原料，首先通过微波辅助水热法进行氮掺杂，获得 N 含量为 1.

设备应用与实验条件

项目参数
温度180 °C
压力1.9 MPa
时间15 min / 10 min / 1 h

关键结果

具有超高比表面积 3155 m²/g
以比表面积 3155 m²/g
平均粒径 2.27 nm
平均粒径 4.54 nm
指标结果
具有超高比表面积3155 m²/g
以比表面积3155 m²/g
平均粒径2.27 nm
平均粒径4.54 nm

机制/方法亮点

  • 微波辅助水热快速均匀加热促进 N 掺杂 微波与反应物直接耦合：；快速升温至 453 K（约 180 °C）；仅需 15 min 升温 + 10 min 保温；均匀加热避免局部过热；可控压力（1.8 ~ 1.9 MPa）促进 N 原子嵌入 水热环境促进 N 掺杂：；氨水在高温高压下分解产生活性 N 物种；乙二醇作为还原剂，防止碳材料氧化；N 原子嵌入碳骨架，形成吡啶 N、吡咯 N 和石墨 N
  • N 掺杂作为 Pt 纳米颗粒的锚定位点 N 掺杂创造缺陷：；N 原子嵌入碳骨架，改变局部电子结构；形成吡啶 N、吡咯 N 和石墨 N 等活性位点；这些位点作为 Pt 纳米颗粒的锚定位点 改善 Pt 分散性：；N 位点与 Pt 前驱体之间的强相互作用；限制 Pt 纳米颗粒的迁移和团聚；促进 Pt 的均匀分散，减小颗粒尺寸
  • 溢流效应增强室温储氢性能 溢流效应三步机制：
  • 氢分子在 Pt 纳米颗粒上解离化学吸附
  • 氢原子从 Pt 表面迁移到相邻碳载体表面

应用价值

  • 首次采用微波辅助水热法对超高比表面积竹基活性炭进行 N 掺杂。
  • 明确检出祥鹄 XH-800S 微波辅助水热合成仪，设备型号和反应条件（453 K、15 min 升温 + 10 min 保温、压力 1.8 ~ 1.9 MPa）完整。
  • 微波辅助法总反应时间仅 25 min，显著短于传统水热法（数小时）。
  • N 掺杂使 Pt 纳米颗粒尺寸从 4.54 nm 降至 2.27 nm，分散性显著改善。
  • Pt-NAC 在 298 K 下储氢增强因子达 1.82，优于纯 Pt 掺杂 AC。

相关仪器推荐

XH-800SE 微波水热合成仪
XH-800SE 微波水热合成仪

常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Composites Part B（2019），使用 XH-800S 开展 氮掺杂活性炭、Pt 纳米颗粒 研究，关键结果包括具有超高比表面积 3155 m²/g；以比表面积 3155 m²/g；平均粒径 2.27 nm。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Composites Part B，中科院 1 区。
引用信息
Synthesis and characterization of Pt-N-doped activated biocarbon composites for hydrogen storage
Composites Part B, 2019
DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.12.122