1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 9, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 9, стр. 65-73

Кинетика выделения водорода в процессе гидролиза амминборана с катализаторами на основе кобальта

Н. Я. Дьянкова a, Н. В. Лапин a, В. В. Гринько a, *, А. Ф. Вяткин a

a Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (ИПТМ РАН)
142432 Московская область, Черноголовка, Россия

* E-mail: grinko@iptm.ru

Поступила в редакцию 28.01.2023
После доработки 15.03.2023
Принята к публикации 15.03.2023

Аннотация

Проведено исследование кинетики выделения водорода при реакции гидролиза водных растворов амминборана с катализаторами на основе кобальта, нанесенных на различные подложки – Co3O4/ZnO, Co/ZnO, Co3O4/цеолит, Co/цеолит, а также использованных в виде порошка Co(OH)2. Определены в каждом случае порядок реакции, константы скорости и кажущаяся энергия активации реакции, скорость выделения водорода в процессе гидролиза в области температур 35–80°С. Во всех случаях использовали раствор амминборана концентрацией 0.078 М. Количество активной части катализаторов определяли химическим методом, оно составляло 7.5–10% от общей массы катализатора. Для низкотемпературного катализатора Co–B и Co(OH)2 кинетические зависимости соответствуют нулевому или близкому к нулевому порядку реакции. При использовании катализаторов Co3O4/ZnO, Co/ZnO, Co3O4/цеолит, Co/цеолит наблюдается первый порядок реакции. Максимальная скорость выделения водорода при 80°С была в случае катализаторов Co/ZnO – 3125 млH2 · (г-кат)–1 · мин–1 (частота оборота TOF = 8.2 мин–1) и Co–B – 3750 млH2 · (г-кат)–1 · · мин–1 (TOF = 11.7 мин–1) соответственно. Рассчитаны значения кажущейся энергии активации реакции каталитического гидролиза амминборана для катализаторов: Со3О4/ZnO – 26.0, Co–B – 44.8, Co(OH)2 черный – 43.4, Co(OH)2 голубой – 47.4 кДж/моль соответственно.

Ключевые слова: гидролиз, амминборан, кобальтовые катализаторы, подложки, оксид цинка, цеолит, водород, кажущаяся энергия активации реакции, порядок реакции, модель Ленгмюра–Хиншельвуда.

Список литературы

  1. Akbayrak S., Ozkar S. // Int. J. Hydrogen En. 2018. V. 43. № 40. P. 18592.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.02.190

  2. Demirci U.B. // Int. J. Hydrogen En. 2017. V. 42. № 15. P. 9978.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.01.154

  3. Figen A.K., Piskin M.B., Coskuner B., Imamoglu V. // Int. J. Hydrogen En. 2013. V. 38. № 36. P. 16 215.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.10.033

  4. Sreedhar I., Kamani K.M., Kamani B.M., Reddy B.M., Venugopal A. // Renewable and Sustainable En. Rev. 2018. V. 91. P. 838.https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.028

  5. Simagina V.I., Vernikovskaya N.V., Komova O.V., Kayl N.L., Netskina O.V., Odegova G.V. // Chem. Eng. J. 2017. V. 329. P. 156. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.05.005

  6. Liu M., Zhou L., Luo X., Wan C., Xu L. // Catalysts. 2020. V. 10. P. 788.https://doi.org/10.3390/catal10070788

  7. Wu H., Cheng Y., Fan Y., Lu X., Li L., Liu B., Li B., Lu S. // Int. J. Hydrogen En. 2020. V. 45. № 55. P. 30325. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.08.131

  8. Alpaydin C.Y., Gulbay S.K., Colpan C.O. // Int. J. Hydrogen En. 2020. V. 45. № 5. P. 3414.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.02.181

  9. Demirci U.B., Miele P. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. V. 16. P. 6872. https://doi.org/10.1039/c4cp00250d

  10. Patel N., Miotello A. // Int. J. Hydrogen En. 2015. V. 40. № 3. P. 1429. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.11.052

  11. Lu D., Liao J., Zhong S., Leng Y., Ji S., Wang H., Wang R., Li H. // Int. J. Hydrogen En. 2018. V. 43. № 11. P. 5541. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.01.129

  12. Gorlova A.M., Kayl N.L., Komova O.V., Netskina O.V., Ozerova A.M., Odegova G.V., Bulavchenko O.A., Ishchenko A.V., Simagina V.I. // Renewable En. 2018. V. 121. P. 722. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.01.089

  13. Kinsiz B.N., Filiz B.C., Depren S.K., Figen A.K. // Appl. Mater. Today. 2021. V. 22. P. 100952. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2021.100952

  14. Лапин Н.В., Дьянкова Н.Я. // Неорган. материалы. 2013. Т. 49. № 10. С. 1050. https://doi.org/10.7868/S0002337X13100060

  15. Onat E., Sahin O., Izgi M.S., Horoz S. // J. Mater. Sci: Mater. Electron. 2021. V. 32. P. 27251. https://doi.org/10.1007/s10854-021-07094-9

  16. Xu S.H., Wang J.F., Valerio A., Zhang W.Y., Sun J.L., He D.N. // Inor. Chem. Frontiers. 2021. V. 8. № 1. P. 48. https://doi.org/10.1039/d0qi00659a

  17. Zhang H., Gu X.J., Song J. // Int. J. Hydrogen En. 2020. V. 45. № 41. P. 21273. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.05.178

  18. Yang G., Guan S.Y., Mehdi S., Fan Y.P., Liu B.Z., Li B.J. // Green En. Environ. 2021. V. 6. № 2. P. 236.https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.03.012

  19. Herron R., Marchant C., Sullivan J.A. // Catalysis Commun. 2018. V. 107. P. 14. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.01.008

  20. Wang W.J., Liang M.W., Jiang Y., Liao C.Y., Long Q., Lai X.F., Liao L. // Mater. Lett. 2021. V. 293. P. 129702.https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.129702

  21. Fang M.H., Wu S.Y., Chang Y.H., Narwane M., Chen B.H., Liu W.L., Kurniawan D., Chiang W.H., Lin C.H., Chuang Y.C., Hsu I.J., Chen H.T., Lu T.T. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 40. P. 47465. https://doi.org/10.1021/acsami.1c11521

  22. Zhang J., Duan Y., Zhu Y., Wang Y., Yao H., Mi G. // Mater. Chem. Phys. 2017. V. 201. P. 297. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.08.040

  23. Wang Y., Meng W., Wang D., Li G., Wu S., Cao Z., Zhang K., Wu C., Liu S. // Int. J. Hydrogen En. 2017. V. 42. № 52. P. 30718. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.10.131

  24. Jiang R., Wang W.Z., Zheng X., Li Q.A., Xu Z.M., Peng J. // Int. J. Hydrogen En. 2021. V. 46. № 7. P. 5345. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.086

  25. Wu H., Cheng Y.J., Wang B.Y., Wang Y., Wu M., Li W.D., Liu B.Z., Lu S.Y. // J. En. Chem. 2021. V. 57. P. 198. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.051

  26. Wang C., Wang Z.L., Wang H.L., Chi Y., Wang M.G., Cheng D.W., Zhang J.J., Wu C., Zhao Z.K. // Int. J. Hydrogen En. 2021. V. 46. № 13. P. 9030. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.01.026

  27. Chen J., Long B., Hu H.B., Zhong Z.Q., Lawa I., Zhang F., Wang L.W., Yuan Z.H. // Int. J. Hydrogen En. 2022. V. 47. № 5. P. 2976.https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.10.255

  28. Hu H.B., Long B., Jiang Y.F., Sun S.C., Lawan I., Zhou W.M., Zhang M.X., Wang L.W., Zhang F., Yuan Z.H. // Chem. Res. Chin. Univer. 2020. V. 36. № 6. P. 1209. https://doi.org/10.1007/s40242-020-0209-9

  29. Ozerova A.M., Bulavchenko O.A., Komova O.V., Netskina O.V., Zaikovskii V.I., Odegova G.V., Simagina V.I. // Kinetics Catalysis. 2012. V. 53. № 4. P. 511. https://doi.org/10.1134/S0023158412040088

  30. Netskina O.V., Ozerova A.M., Komova O.V., Kochubey D.I., Kanazhevskiy V.V., Ishchenko A.V., Simagina V.I. // Top Catal. 2016. V. 59. P. 1431.https://doi.org/10.1007/s11244-016-0664-1

  31. Simagina V.I., Ozerova A.M., Komova O.V., Netskina O.V. // Catalysts. 2021. V. 11. № 2. P. 268.https://doi.org/10.3390/catal11020268

  32. Карякин Ю.В., Ангелов И.И. // Чистые химические вещества. М.: Химия, 1974. С. 207.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал