本文關(guān)鍵詞： 儲(chǔ)氫材料 納米鎂基復(fù)合材料 納米限域 液相還原 共沉淀　出處：《上海交通大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鎂基儲(chǔ)氫材料具有儲(chǔ)氫量大(7.6wt%)、環(huán)境友好、成本低等優(yōu)點(diǎn),在能源材料的開發(fā)方面得到了越來(lái)越多的關(guān)注,但是由于純鎂的吸放氫熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能較差,使其難以獲得廣泛的實(shí)際應(yīng)用。納米化及微量催化劑的摻雜是改善鎂基儲(chǔ)氫材料性能的最有效手段。本文首先比較了納米限域法及液相還原法制備的納米Mg的儲(chǔ)氫性能,研究發(fā)現(xiàn)液相還原法制備的納米Mg吸放氫動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異,吸放氫量更大,并且合成工藝簡(jiǎn)單,成本低。其次,在液相還原法的基礎(chǔ)上,采用共沉淀法將過渡金屬元素(Ni、Ti、Fe、Co、V、Pd等)摻雜到納米Mg顆粒中,制備了納米Mg-TM(TM=Ni、Ti、Fe、Co、V、Pd)復(fù)合儲(chǔ)氫材料,并通過XRD、TEM、STEM、EDS、DSC、PCT等測(cè)試手段,對(duì)樣品的物相組成、微觀形貌、儲(chǔ)氫性能等進(jìn)行了系統(tǒng)地表征。納米限域法制備碳凝膠負(fù)載納米Mg的研究顯示:納米MgH_2均勻地負(fù)載在碳凝膠的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)當(dāng)中,大部分顆粒尺寸10nm。由于碳凝膠的約束作用,Mg顆粒尺寸降低,在一定程度上改善了納米Mg的吸放氫熱力學(xué)性能,并提高了其吸放氫動(dòng)力學(xué)性能。通過碳凝膠孔結(jié)構(gòu)調(diào)控以及浸漬方法優(yōu)化,納米Mg的負(fù)載率有一定的提高(22.5wt%)。然而碳凝膠負(fù)載納米Mg的最大吸氫量?jī)H為2.35wt%,達(dá)不到儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用要求。液相還原法制備納米Mg的研究顯示:納米Mg片團(tuán)聚在一起,形成“雞爪”狀結(jié)構(gòu),片長(zhǎng)度為50~200nm,厚度為10~20nm。與碳凝膠負(fù)載的納米Mg比較,納米Mg片比表面積大,內(nèi)部存在大量缺陷,不僅保持了較高的儲(chǔ)氫量(7wt%),并且吸放氫動(dòng)力學(xué)性能更加優(yōu)異。例如,納米Mg片在250℃溫度下,52s內(nèi)的吸氫量達(dá)到了最大吸氫量的85%(5.95wt%),吸氫激活能降低為73.1 kJ/mol H_2;氫化后的納米Mg片的初始放氫溫度降低為311.1℃,放氫激活能降低為147.4 kJ/mol H_2。共沉淀法制備納米Mg-TM(TM=Ni、Ti、Fe、Co、V、Pd)復(fù)合儲(chǔ)氫材料的研究顯示:共沉淀元素均勻地分布在納米Mg顆粒的表面及內(nèi)部,且顆粒中存在高密度的晶體缺陷,在低溫氫化過程中,局部生成了γ-Mg H_2相。與液相還原法納米Mg比較,納米Mg-TM復(fù)合材料的吸放氫性能顯著提高。共沉淀元素Ni的摻雜,不僅顯著提高了納米Mg-Ni的吸氫循環(huán)穩(wěn)定性,并在一定程度上改善了Mg的吸放氫熱力學(xué)性能,使其吸放氫反應(yīng)焓降低到~70.0 kJ/mol H_2;共沉淀元素Ti的摻雜,使納米Mg-Ti具有最優(yōu)的吸氫動(dòng)力學(xué)性能,其在室溫下2h內(nèi)的吸氫量達(dá)到了6.2wt%;共沉淀元素Pd的摻雜,使氫化后的納米Mg-Pd放氫性能最優(yōu),其初始放氫溫度降低為216.8℃,且放氫激活能降低為93.8 kJ/mol H_2。共沉淀過渡金屬元素優(yōu)異的催化效果,不僅取決于其自身特性,也取決于其特殊的分布狀態(tài)。根據(jù)催化機(jī)理的不同可將上述過渡金屬元素分為三類:(1)Mg-Fe、Mg-Co體系中,在低溫吸氫過程中,起主要催化作用的是非晶態(tài)或納米微晶態(tài)的金屬Fe或Co;(2)納米Mg-Pd、Mg-Ti、MgV體系中,過渡金屬元素氫化物PdH0.706、γ-TiH_2、V_2H相可以成為H高速擴(kuò)散的通道,起到“氫泵”的作用;(3)納米Mg-Ni優(yōu)異的吸放氫性能主要取決于吸放氫循環(huán)過程中形成的Mg_2NiH0.3的通道作用。
[Abstract]:闀佸熀鍌ㄦ阿鏉愭枡鍏鋒湁鍌ㄦ阿閲忓ぇ(7.6wt%),鐜鍙嬪ソ,鎴愭湰浣庣瓑浼樼偣,鍦ㄨ兘婧愭潗鏂欑殑寮，

本文編號(hào)：1492091