本文關(guān)鍵詞：輕金屬氮氫儲氫材料性能的調(diào)控

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【摘要】：環(huán)境污染和化石燃料的消耗引起了越來越多的關(guān)注。氫氣被認為是一種可取代傳統(tǒng)燃料的理想燃料。然而,氫氣作為燃料實際應(yīng)用時,還有一些困難需要克服,例如：開發(fā)先進的儲氫材料等。為了實現(xiàn)較高儲氫量的目標,固態(tài)儲氫材料特別是包含輕金屬元素的材料被廣泛研究。M-N-H材料自從被Chen等人首次報道后,就引起了相當大的關(guān)注。根據(jù)Chen的研究,Li_3N通過以下兩個反應(yīng)能夠可逆的存儲超過10 wt%的氫氣。LiNH_2+LiH(?)Li2NH+H_2 (1) Li2NH+LiH(?)Li_3N+H_2 (2)近年來,為了提高Li-N-H體系的儲氫性能,花費了大量的精力。摻雜其他原子到LiNH_2晶格中和摻雜其他化合物到LiNH_2-LiH體系中是提高LiNH_2-LiH體系吸放氫性能的有效方法。首先,本文研究了LiNH_2-LiH體系的儲氫性能。研究發(fā)現(xiàn),不同球磨條件的LiNH_2-LiH儲氫性能不同,球磨時間增加,放氫溫度降低,放氫動力學(xué)增強。球磨兩小時的LiNH_2-LiH樣品在299℃處有一個寬放氫峰,而預(yù)先球磨八小時后的樣品在259℃處有一個放氫峰,且峰形變窄,峰值溫度降低約40℃。隨著球磨強度的提高,晶粒的形貌變得均一,尺寸會減小,球磨兩小時的樣品顆粒尺寸為50-500 nm,且形貌不規(guī)則,而預(yù)球磨八小時后的樣品顆粒粒徑變?yōu)?00-300nm,外形接近球形,活化能也從103.1 kJ/mol降低到96.4kJ/mol。其次,本文研究了摻雜鹵化鉀(KF、KC1、KBr和KI)的LiNH_2-LiH體系的儲氫性能。研究發(fā)現(xiàn),摻雜KF到LiNH_2-LiH體系明顯提高了儲氫性能,然而KC1、KBr、KI并沒有明顯的提高LiNH_2-LiH體系的儲氫性能。與LiNH_2-LiH體系相比,LiNH_2-LiH-0.05KF體系放氫曲線峰形變尖銳,且放氫的初始溫度和峰值溫度分別降低了36℃和38℃。LiNH_2-LiH-0.05KF體系的儲氫量和放氫動力學(xué)經(jīng)過10次吸放氫循環(huán)后,要比LiNH_2-LiH體系經(jīng)過兩次循環(huán)后的好很多。循環(huán)性能至少提高了四倍。詳細的結(jié)構(gòu)研究表明,在熱處理過程中,添加的KF與LiH發(fā)生反應(yīng)生成KH。而KH之前被報道過可以提高LiNH_2-LiH體系的儲氫性能,所以生成的KH是摻雜KF提高LiNH_2-LiH體系的儲氫性能的主要原因。最后,本文首次系統(tǒng)的研究了KLi_3(NH_2)4-4LiH體系的吸放氫和循環(huán)性能,闡明鉀離子混入LiNH_2中對LiNH_2-LiH體系儲氫性能的影響。實驗結(jié)果顯示,混合鉀離子到LiNH_2中可以破壞LiNH_2的穩(wěn)定性,因此可以降低LiNH_2-LiH體系的放氫溫度,提高其放氫速率。值得注意的是,對于KLi_3(NH_2)4-4LiH樣品,第一次循環(huán)在0.28 h可以放出約2.4 wt%氫,0.4 h內(nèi)有可以吸收2.4 wt%氫。且30次循環(huán)內(nèi),吸放氫速率幾乎沒有變化。而LiNH_2-LiH第二次循環(huán)的放氫速率從第一放氫的3.4 wt%/h快速降到0.7 wt%/h。儲氫量隨循環(huán)次數(shù)變化檢測顯示,30次循環(huán)后,KLi_3(NH_2)4-4LiH的儲氫量依然為2.4 wt%,而LiNH_2-LiH則迅速的從4 wt%(第一次循環(huán))降到1.7 wt%(第二次循環(huán))。在相同條件下,KLi_3(NH_2)4-4LiH體系與LiNH_2-LiH體系相比顯示了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：儲氫 鹵化鉀 氫化鉀 氨基鋰 氨基鉀 循環(huán)穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-34
• 1.1 引言9-10
• 1.2 Li-N-H儲氫體系10-17
• 1.2.1 Li-N-H儲氫體系簡介10-12
• 1.2.2 Li-N-H體系儲氫機理12-13
• 1.2.3 LiNH_2-LiH體系儲氫性能的改善13-17
• 1.2.3.1 球磨減小顆粒尺寸13-16
• 1.2.3.2 不同添加物對Li-N-H體系儲氫性能的改善16-17
• 1.3 Li-Mg-N-H體系17-22
• 1.3.1 Li-Mg-N-H體系簡介17-18
• 1.3.2 Li-Mg-N-H反應(yīng)機理18-19
• 1.3.3 減小顆粒尺寸對Li-Mg-N-H體系儲氫性能的影響19-20
• 1.3.4 添加劑對Li-Mg-N-H體系儲氫性能的影響20-22
• 1.4 其他復(fù)合儲氫材料體系22-26
• 1.4.1 LiAl(NH_2)_422-23
• 1.4.2 Li-B-N-H23-26
• 1.5 選題依據(jù)及研究內(nèi)容26-27
• 1.6 參考文獻27-34
• 第二章 LiNH_2-LiH體系儲氫性能的研究34-47
• 2.1 引言34-35
• 2.2 實驗部分35-36
• 2.2.1 主要試劑和測試儀器35
• 2.2.2 樣品的制備35-36
• 2.2.3 結(jié)構(gòu)表征36
• 2.2.4 熱解吸和等溫脫附測試36
• 2.3 結(jié)果與討論36-43
• 2.3.1 LiNH_2-LiH體系的脫氫性能36-37
• 2.3.2 LiNH_2-LiH體系的形貌特征37-38
• 2.3.3 LiNH_2-LiH體系的儲氫動力學(xué)研究38-42
• 2.3.4 LiNH_2-LiH體系的循環(huán)性能42-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 2.5 參考文獻44-47
• 第三章 添加鉀化合物改善Li-N-H體系放氫性能的研究47-65
• 3.1 引言47-48
• 3.2 實驗部分48-49
• 3.2.1 主要試劑和測試儀器48
• 3.2.2 樣品的制備48-49
• 3.2.3 結(jié)構(gòu)表征49
• 3.2.4 熱解吸和等溫脫附測試49
• 3.3 結(jié)果與討論49-61
• 3.3.1 添加KF的LiNH_2-LiH體系的脫氫性能49-50
• 3.3.2 KF對LiNH_2-LiH體系脫氫性能的影響50-57
• 3.3.3 LiNH_2-LiH-0.05KF樣品的脫氫過程分析57-60
• 3.3.4 KF改善LiNH_2-LiH體系儲氫性能的機理60-61
• 3.4 本章小結(jié)61-62
• 3.5 參考文獻62-65
• 第四章 新型儲氫體系KLi_3(NH_2)_4-4LiH儲氫性能的研究65-79
• 4.1 引言65-66
• 4.2 實驗部分66-68
• 4.2.1 主要試劑和測試儀器66-67
• 4.2.2 樣品合成與前處理67-68
• 4.2.2.1 KNH_2的合成67
• 4.2.2.2 KLi_3(BH_2)_4的合成67
• 4.2.2.3 樣品的前處理67-68
• 4.2.3 測試方法68
• 4.3 結(jié)果與討論68-76
• 4.3.1 KLi_3(NH_2)_4-4LiH和LiNH_2-LiH體系的形貌特征68-69
• 4.3.2 KLi_3(NH_2)_4-4LiH和LiNH_2-LiH體系的儲氫性能69-74
• 4.3.3 KLi_3(NH_2)_4-4LiH體系脫氫機理74-76
• 4.4 本章小結(jié)76-77
• 4.5 參考文獻77-79
• 第五章 總結(jié)與展望79-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文81-82
• 致謝82-83

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