作為一種非常有應(yīng)用潛力的儲氫金屬材料,鎂具有質(zhì)量儲氫密度高(7.6 wt%H_2)、環(huán)境友好、資源豐富等優(yōu)點(diǎn),然而也其存在儲氫熱力學(xué)性能穩(wěn)定、放氫動力學(xué)緩慢、在空氣中非常容易被氧化等缺點(diǎn),這些缺點(diǎn)極大的限制了它的廣泛應(yīng)用。本文以鎂基儲氫材料為研究對象,綜合納米化、添加催化劑以及控制形貌這三種改性方法,對改性鎂基儲氫材料的儲氫熱力學(xué)和動力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。核殼結(jié)構(gòu)可以增加催化劑與基體的接觸面積,可以為新相的形成提供更多的形核位點(diǎn),提升催化劑的催化效果,從而改善Mg基儲氫材料的儲氫性能。因此本文通過液相化學(xué)鍍法、固相反應(yīng)法及溶劑蒸發(fā)沉積法使過渡金屬(TM=Ti、Co、V、Pt、Pd)和NaBH_4等催化劑原位生長包覆在直流電弧等離子體法制備的純Mg超細(xì)粉體的表面,得到了一系列具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。采用液相化學(xué)鍍法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的三元復(fù)合儲氫材料Mg@Ti@Ni和Mg@Co@V。通過XRD、TEM等表征手段確定氫化后復(fù)合材料的殼層分別為TiH_2Mg_2NiH_4、V_2HMg_2CoH_5Mg_3CoH_5相。兩中材料中Mg的吸氫熱力學(xué)焓值分別為-67.1、-70.0 kJ/mol H_2,吸氫激活能分別為63.7、73.3 kJ/mol H_2,DSC測試吸氫產(chǎn)物的放氫溫度分別為350、323 ~oC。相比較純Mg超細(xì)粉體以及同樣方法制備得到的二元核殼結(jié)構(gòu)Mg@Ti、Mg@Ni、Mg@Co、Mg@V復(fù)合材料,三元核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的熱力學(xué)性能和動力學(xué)性能均有所提高,這可能是由于同時形成了具有“溢流”作用的TiH_2、V_2H相和參與吸放氫過程的Mg_2NiH_4、Mg_2CoH_5、Mg_3CoH_5相共同產(chǎn)生作用,從而同時改善了Mg的儲氫熱力學(xué)和動力學(xué)性能。通過固相反應(yīng)法在Mg超細(xì)粉體表面包覆貴金屬元素Pt和Pd,得到了具有核殼結(jié)構(gòu)的Mg@Pt、Mg@Pd復(fù)合儲氫材料。兩種復(fù)合材料在所測試溫度下的吸放氫速率均高于純Mg/MgH_2超細(xì)粉體,經(jīng)過擬合后得到的吸放氫激活能均低于純Mg/MgH_2的吸放氫激活能,TPD、DSC測試得到的放氫溫度均比純MgH_2的放氫溫度低,吸放氫動力學(xué)性能均得到一定程度的改善。通過透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)兩種復(fù)合材料經(jīng)過氫化后在MgH_2基體表面分別形成了Mg_3Pt、PdH_(0.706/1.33)相,放氫后則變成對應(yīng)的Pt、Mg_6Pd相。通過HRTEM電子束輻照的條件下實(shí)時觀察記錄了氫化后Mg@Pt復(fù)合材料的放氫過程發(fā)現(xiàn),推斷亞穩(wěn)相Mg_3Pt的“氫泵”的作用加速了放氫過程,在放氫完成后Mg_3Pt重新轉(zhuǎn)化成Pt顆粒。對于Mg@Pd體系而言,在吸放氫過程中主要起催化作用的是Mg_6Pd相與PdH_(0.706/1.33)相的“氫泵”作用的共同作用。通過溶劑蒸發(fā)沉積法在Mg超細(xì)粉體上包覆了復(fù)雜氫化物NaBH_4,最終得到了具有類似核殼結(jié)構(gòu)的Mg@NaBH_4復(fù)合材料。經(jīng)過一次活化后即變成了Mg@MgB_2復(fù)合材料。這種復(fù)合儲氫材料的動力學(xué)性能得到一定程度的改善。在所測試溫度下的吸氫速率比純Mg超細(xì)粉體的速率快,吸氫激活能低于純Mg。TPD測試結(jié)果顯示氫化Mg@MgB_2的初始放氫溫度最低為245 ~oC,這個溫度與氫化后Mg@TM的放氫溫度非常接近。這可能是由于納米顆粒包覆的MgB_2與Na在Mg晶格中形成的固溶體共同催化作用而造成的。但是其熱力學(xué)性能并沒有得到改善。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

圖 1-1 2015 年不同能源在世界消耗能源總量中所占的比重[6]Fig. 1-1 World Gross Inland Consumption by Fuel in 2015圖 1-1 和 1-2 分別為歐洲能源委員會統(tǒng)計的 2015 年不同能源在世界消量中所占的比重圖和 2015 年之前歷年不同能源消耗量趨勢圖[6]。由此

圖 1-2 1995-2015 年不同能源消耗量趨勢圖[6]ig. 1-2 World Gross Inland Consumption tendency by Fuel from 1995 to 20是《巴黎氣候協(xié)定》的積極推動者和踐行者，展現(xiàn)了“負(fù)責(zé)任當(dāng)，在呵護(hù)地球生態(tài)確保人類發(fā)展的命運(yùn)共同體當(dāng)中扮演著至

2圖 1-3 世界各區(qū)域在 2015 年的能源消耗量占世界能源消耗總量的比重[Fig. 1-3 World Final Energy Consumption by Region
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王彥雨;高璐;劉益東;;美國國家氫能計劃及其啟示[J];未來與發(fā)展;2015年12期

2 楊帆;沈海仁;鄭傳祥;;氫安全保障報警研究[J];化工裝備技術(shù);2010年01期

本文編號：2884452