تخليق الجسيمات النانوية المعدنية المدعومة على أنبوب الكربون النانوي مع ذرات Co و N المنشطة وتطبيقاتها الحفازة في إنتاج الهيدروجين

يدور هذا البروتوكول حول تطوير محفز منخفض التكلفة وعالي الكفاءة مع أداء موثوق به واستقرار طويل الأمد. ويمكن استخدام المحفز المطور لإنتاج الطاقة المتجددة وقد يحل حتى مشكلة أزمة الطاقة. تتمثل ميزة هذه الدراسة في بناء كل من ذرات الجسيمات والمعادن المشتتة ذريا على نفس دعامات المحفز ، والتي قد تعمل بشكل تآزري لأنواع معينة من التفاعلات الحفازة.

في استكشاف إمكانات الطاقة المتجددة للمركبات لتلبية الاحتياجات التنظيمية والاستدامة المستقبلية ، أدى التطور السريع لخلايا وقود الهيدروجين والمركبات بالإضافة إلى المجالات الأخرى ذات الصلة إلى تعزيز تقدم تكنولوجيا طاقة الهيدروجين بشكل فعال. لذا فإن الهدف من هذا البحث هو تطوير نموذج أولي جديد لخلايا الوقود التي تعمل بالهيدروجين باستخدام مواد تخزين الهيدروجين الصلبة للطاقة المتجددة لاستخدامها في قطاعات مختلفة مثل النقل والخدمات اللوجستية وما إلى ذلك. ابدأ بوزن 280 جراما من ثنائي الحمض والدياميد في كوب 800 ملليلتر.

ثم ضع الكأس في فرن كتم الصوت وارفع درجة الحرارة ببطء من درجة حرارة الغرفة إلى 350 درجة مئوية للحصول على منحدر خمس درجات في الدقيقة. حافظ على درجة الحرارة عند 350 درجة مئوية لمدة ساعتين. ثم قم بتبريد الفرن عن طريق التبريد الطبيعي.

طحن المواد الصلبة البيضاء التي تم الحصول عليها في مسحوق ناعم كمواد نيتريد الكربون في شكل ميليم. ابدأ بخلط وطحن 10 غرامات من نيتريد الكربون في شكل ميليم مع 0.218 غرام من خلات أسيتيل الكوبالت حتى يتم ملاحظة اللون المتجانس. أضف ستة ملليلترات من محلول حمض الستريك في هذا الخليط المتجانس وقم بطحن المواد.

جفف المواد في فرن على حرارة 60 درجة مئوية لمدة ست ساعات. ضع هذه المواد في بوتقة مربعة الشكل ثم في فرن أنبوبي. قم بتسخين المواد بمعدل تسخين 2.6 درجة مئوية في الدقيقة من درجة حرارة الغرفة إلى 800 درجة مئوية وضعها تحت تدفق الأرجون 100 ملليلتر في الدقيقة لمدة ساعتين.

قم بتبريد الفرن ببطء عن طريق التبريد الطبيعي ، ثم قم بوزن عينات المحفز. قم بإعداد نظام الأسطوانة المقلوبة المملوءة بالماء ومحلول غسيل حمض الكبريتيك المولي 0.1. قم بتوصيل قارورة schlenk بمحلول الغسيل والأسطوانة المقلوبة المملوءة بالماء.

ضع 0.04 جرام من المحفز في قارورة schlenk وقم بصوتنة المحلول عند 40 كيلوهرتز في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة ست دقائق. ثم استعد لإضافة 0.04 جرام من الأمونيا البوران إلى 0.948 ملليلتر من الماء وحقن ملليلتر واحد من المحلول في المفاعل لبدء تفاعل التحلل المائي. راقب الانخفاض في مستوى الماء أثناء استمرار التفاعل وسجل بعناية حجم الإنتاج في أوقات محددة.

ارسم رسما بيانيا لحجم إنتاج الهيدروجين مقابل الوقت بالدقائق. ضع 0.04 جرام من المحفز و 10 ملليلتر من الماء في قارورة schlenk واغمرها في الحمام المائي عند 40 درجة مئوية. قم بضبط المحلول عند 40 كيلوهرتز في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة ست دقائق ، وحقن ملليلتر واحد من محلول الأمونيا البوران في المفاعل لبدء تفاعل التحلل المائي ، ثم سجل الوقت اللازم لإكمال إطلاق الهيدروجين.

حقن ملليلتر واحد من محلول الأمونيا البوران في المفاعل لبدء تفاعل التحلل المائي ، ثم سجل الوقت اللازم لإكمال إطلاق الهيدروجين. قم بتصفية المحفز عن طريق غسله ثلاث مرات بخمسة ملليلتر من الماء. ثم قم بقيادة المحفز في فرن 60 درجة مئوية لمدة ثلاث ساعات.

ضع المحفز في 10 ملليلتر من الماء وقم بسونيك المحلول عند 40 كيلوهرتز في حمام بالموجات فوق الصوتية. كرر هذه الخطوات لمدة 10 دورات. ثم ارسم رسما بيانيا لحجم إنتاج الهيدروجين مقابل الدورات.

اغمر قارورة شلينك التي تحتوي على المحفز و 0.5 حمض الكبريتيك المولي في حمام الزيت. حرك التفاعل لمدة ساعتين ، ثم قم بتصفية المادة الصلبة باستخدام قمع buchner. اغسل المادة الصلبة ثلاث مرات ب 10 ملليلتر من الماء منزوع الأيونات في كل مرة.

قم بتخفيف المادة المرتشحة التي تم الحصول عليها إلى 250 ملليلتر في قارورة حجمية سعة 250 ملليلتر وجمع المواد الصلبة المرتشحة بالجسيمات النانوية المعدنية عن طريق التجفيف عند 60 درجة مئوية في الفرن. تشير قطعة انكسار الأشعة السينية القوية والحادة من الكوبالت المعدني إلى بنية بلورية محددة جيدا ، تظل دون تغيير بعد إعادة التدوير. في حين تمت دراسة العيوب الهيكلية باستخدام التحليل الطيفي رامان.

أظهر طيف XPS وجود كل عنصر من عناصره ترابطه وتهجين ذرات الكربون أثناء تكوين هياكل الأنابيب النانوية الكربونية. أظهر امتصاص الامتزاز إيزوثرم مساحة سطح محددة تبلغ 42.02 متر مربع لكل غرام ومتوسط توزيع حجم المسام 3.6 نانومتر. صورت صور SEM و HRTEM البنية الأنبوبية الخمسة ميكرومتر لجسيمات الكوبالت النانوية الناتجة عن النمو المحفز للألياف النانوية إلى جانب رسم خرائط EDS الخاصة بها.

تميزت البلورة في بنية جسيم الكوبالت النانوي بانكسار إلكترون منطقة مختارة. تم لف الجسم الرئيسي للألياف النانوية الكربونية بطبقات قليلة من الكربون ذات اتجاهات مختلفة وحلقات انكسار. ووجد أن إجمالي المحتوى المعدني الذي حدده برنامج المقارنات الدولية - OES يبلغ وزنه 25.1 في المائة مع وزن 9.7 في المائة من جسيمات الكوبالت النانوية و 15.4 في المائة من وزن منشطات الكوبالت على الأنابيب النانوية الكربونية.

تمت دراسة الأداء الحفاز للمحفز ووجد أنه حتى المرة 10th من طبعة الأمونيا البوران ، لم يكن هناك انخفاض واضح في الأداء الحفاز. كما تمت دراسة قانون معدل التفاعل وتم تحديد طاقة التنشيط لتكون 42.8 كيلوجول لكل مول. تجنب التحميل الزائد على الفرن الأنبوبي بسلائف محفزة لأن الكثير من منتجات التحلل قد تسد الأنبوب.

تأكد من خلط خليط المواد الصلبة جيدا. يمكن استخدام المعدات عالية الطاقة مثل الطحن لتسهيل الخلط. يمكن تطبيق هذه المحفزات في أنواع أخرى من تفاعلات التحول العضوي وتنشيط الجزيئات الصغيرة مثل حماية الهيدروجين من تكوين الحمض والتفاعل المتبادل والتوليف العضوي.