Highly efficient hydrogen production from hydrolysis of ammonia borane over nanostructured Cu@CuCoOx supported on graphene oxide

氨硼烷 纳米材料基催化剂 催化作用 石墨烯 水解 氧化物 制氢 化学 氢气储存 无机化学 化学工程 活化能 纳米技术 材料科学 有机化学 工程类
作者
Jinlong Li,Xueying Ren,Hao Lv,Yingying Wang,Yafei Li,Ben Liu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:391: 122199-122199 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122199
摘要

Designing highly efficient and cheap nanocatalysts for room-temperature hydrolysis of ammonia borane (AB) is of great significance for their real application in hydrogen (H2)-based fuel cells. Here, we report a kind of noble metal (NM)-free hybrid nanocatalysts composed of heterostructured [email protected]x nanoparticles and a graphene oxide support (denoted as [email protected]x@GO) and demonstrate their high catalytic performance toward the hydrolysis of AB. By rationally controlling synthetic parameters, we find that optimum Cu0.3@Cu0.7CoOx@GO achieves a superior catalytic activity with a turnover frequency of 44.6 molH2 molM−1 min−1 in H2O and 98.2 molH2 molM−1 min−1 in 0.2 M NaOH, better than most of previously reported NM-free nanocatalysts. This catalyst also discloses a very low activation energy (Ea) of 35.4 kJ mol−1. The studies on catalytic kinetics and isotopic experiments attribute the high activity to synergistically structural and compositional advantages of Cu0.3@Cu0.7CoOx@GO, which kinetically accelerates the oxidative cleavage of OH bond in attacked H2O (the rate-determining step of the hydrolysis of AB). This study thus provides an opportunity for rational design of cheap NM-free nanocatalysts for H2 production from chemical H2-storage materials.
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