硫掺杂香蕉皮活性炭负载Co@CoO纳米颗粒高效催化硼氢化钠甲醇解制氢研究

　　本研究针对传统NaBH4 水解制氢效率低、副产物沉积等问题，开发了硫掺杂香蕉皮活性炭负载Co@CoO纳米颗粒催化剂（Co/CoO@S-doped BPAC），通过甲醇解反应实现22,806 mL/min/gcat 的超高氢生成速率（HGR），活化能（Ea）低至27.84 kJ/mol，为生物质废弃物资源化利用和清洁能源生产提供了创新解决方案。

　　

随着全球能源需求激增和环境问题加剧，氢能作为零碳排放的清洁能源载体备受关注。然而，传统硼氢化钠（NaBH₄
）水解制氢技术面临反应速率慢、副产物偏硼酸钠（NaBO₂
）沉积导致催化剂失活等瓶颈。甲醇解反应虽能克服这些缺陷，但高效催化剂的开发仍是关键挑战。Siirt大学的研究团队创新性地利用香蕉皮农业废弃物制备硫掺杂活性炭（S-doped BPAC），并通过水热法负载Co@CoO纳米颗粒，构建出高性能复合催化剂Co/CoO@S-doped BPAC，其氢生成速率（HGR）达22,806 mL/min/g_cat
，较未负载钴的样品提升4倍，相关成果发表于《Biomass and Bioenergy》。

研究采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料结构，通过比表面积分析（BET）和能量色散谱（EDS）验证硫掺杂与钴负载的协同效应。反应动力学测试系统考察了催化剂浓度、温度等因素对HGR的影响。

研究结果
Abstract
催化剂Co/CoO@S-doped BPAC展现出22,806 mL/min/g_cat
的卓越HGR，活化能27.84 kJ/mol表明其低温反应优势。硫掺杂不仅增强电子传导，还通过Co-S键稳定活性位点。

Introduction
香蕉皮作为全球年产量3600万吨的生物质废弃物，经NaOH活化和H₂
SO₄
磺化后形成多孔S-doped BPAC，其大比表面积（BET显示>800 m²
/g）为Co@CoO纳米颗粒分散提供理想载体。

Analytical methods
SEM显示CoO颗粒均匀填充于S-doped BPAC孔隙（图2c,d）；XPS证实Co²⁺
/Co³⁺
氧化还原对的存在；FTIR检测到C-S和Co-O特征峰，验证活性位点形成。

Conclusion
该研究开创了“农业废弃物-功能化碳载体-过渡金属催化”的绿色技术路径，为低成本制氢提供了新思路。催化剂经5次循环后仍保持85%活性，展现优异稳定性。

重要意义
该工作不仅实现生物质废弃物的高值化利用，更通过硫掺杂与钴活性位点的协同作用（XPS证实电子转移），突破甲醇解制氢的动力学限制。其27.84 kJ/mol的低活化能显著优于文献报道的贵金属催化剂（通常>40 kJ/mol），为工业化应用奠定基础。研究还揭示了Co²⁺
→Co³⁺
氧化循环促进H₂
脱附的反应机制，为后续催化剂设计提供理论指导。