我們報道了一種在堿性溶液中以碳納米管(CNTs)為催化劑，通過一種獨特的涉及分子O2的反應機制來脫氫甲醛的有效過程。與其他碳基催化劑相比，碳納米管的優異催化性能歸因于其表面富含sp2-碳、親水性和豐富的表面缺陷，這是最可能的活性位點。研究發現，碳納米管上吸附的分子氧的活化產生的過氧化物是C-H活化的關鍵，可以有效地制氫。高性價比的碳基脫氫催化劑為新型液態有機載氫技術的發展提供了新的契機。
圖1. (a)空氣中各種碳材料催化堿性甲醛溶液催化制氫。(b)各種碳材料上HCHO脫氫活化能的Arrhenius分析。(c)不同p
O2中CNTs催化堿性甲醛溶液制氫。(d)對p
O2產生H
2的初始速率的雙對數圖;插圖顯示了p
O2隨時間的變化。
圖2 (a)各種碳材料的c1s XPS。(b)各種碳材料的接觸角分析。(c) O 1s CNTs、c-CNTs和r-CNTs的XPS。(d) CNTs、c-CNTs和r-CNTs催化HCHO脫氫過程中隨時間產生的氫。
圖3. (a)連續5個反應循環中，碳納米管的H2產率和碳納米管的缺陷程度(通過拉曼光譜的ID/IG表征)。在每個循環中，反應物為HCHO濃度為¼0.5 mol L × 1的水溶液，NaOH濃度為¼1.0 mol L × 1的水溶液。(b)循環x后CNTs的拉曼光譜(表示CNT-x)。碳納米管樣品(c)反應前和(d)反應5個循環后的TEM圖像。(c)和(d)的插圖顯示了相應樣品的SEM圖像。(e，f)反應前和反應5個循環后的HRTEM圖像。
圖4. 在空氣中堿性溶液中，碳納米管催化水相HCHO脫氫過程中記錄的DMPO加合物。(b) DMPO在堿性HCHO溶液中加入CNT懸浮液，在N2氣氛中。(c) DMPO在無naoh的HCHO溶液中與CNT懸浮在空氣中。(d)暴露于一滴HCHO溶液并在O2流下凈化后的CNTs原位漂移。
圖5 碳納米管上氧介導水相脫氫HCHO的關鍵基本步驟。
相關科研成果由浙江理工大學理學院化學系Benxia Li等人于2022年發表在international journal of hydrogen energy (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.06.134)上。原文：Carbon-catalyzed oxygen-mediated dehydrogenation of formaldehyde in alkaline solution for efficient hydrogen production。
轉自《石墨烯研究》公眾號
