本文關(guān)鍵詞：高容量鎂基儲(chǔ)氫材料的納米制備及吸放氫性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,針對(duì)高容量配位金屬氫化物Mg(AlH4)2的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)改性,國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作,主要從結(jié)構(gòu)分析、制備手段以及催化劑篩選等方面來進(jìn)行,雖已取得一定的研究成果,但依然存在吸放氫溫度偏高,吸放氫動(dòng)力學(xué)緩慢等眾多不足,距離實(shí)用化的要求還較遠(yuǎn)。因此,針對(duì)上述問題,本文主要利用納米化以及催化這兩種方式對(duì)Mg(AlH4)2進(jìn)行儲(chǔ)氫性能的改性研究。同時(shí),運(yùn)用X射線衍射(XRD)、紅外光譜(IR)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、差示掃描量熱-熱重分析(DSC-TG)、質(zhì)譜(MS)、Sievert吸放氫測(cè)試等材料現(xiàn)代分析測(cè)試手段,對(duì)儲(chǔ)氫材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形貌以及吸放氫性能的表征與分析,并將其吸放氫過程的行為變化轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)模型進(jìn)行機(jī)理的解釋和推理。首先,開發(fā)了一種高效制備無溶劑納米儲(chǔ)氫材料Mg(AlH4)2的方法。以LiCl作為緩沖基質(zhì),利用高能機(jī)械球磨法來引發(fā)固態(tài)離子之間的交換反應(yīng),可以成功制備出無溶劑干擾的納米尺寸的配位金屬氫化物——Mg(AlH4)2,通過SEM以及TEM表征其顆粒尺寸為2-7 nm。吸放氫測(cè)試結(jié)果顯示,該納米化的Mg(AlH4)2動(dòng)力學(xué)性能極佳,80℃即可放氫,在120℃的恒溫條件下可于30 min之內(nèi)完成第一步的放氫。其放氫的表觀活化能也由微米尺寸的Mg(AlH4)2的123.6 kJ/mol降低至納米尺寸的Mg(AlH4)2的105.3 kJ/mol,放氫反應(yīng)需要跨越的能壘降低,放氫動(dòng)力學(xué)性能得到改善。此外,MgH2作為Mg(AlH4)2部分可逆吸放氫的基體,在以LiCl為緩沖基質(zhì)的納米化Mg(AlH4)2體系中表現(xiàn)出穩(wěn)定的吸放氫循環(huán)性能：經(jīng)過高溫吸放氫循環(huán)之后,儲(chǔ)氫介質(zhì)在電鏡照片中的顆粒尺寸基本保持不變,而且該體系再吸氫的產(chǎn)物—一MgH2,其放氫峰值溫度僅有不到2℃的滯后。動(dòng)力學(xué)模型擬合數(shù)據(jù)表明,在105℃～120℃的溫度區(qū)間(本文研究中所使用的溫度范圍),該納米化Mg(AlH4)2的放氫由Mg(AlH4)2氫化物相與產(chǎn)物相MgH2以及Al相之間的界面反應(yīng)所控制。其次,研究了NbF5添加對(duì)Mg(AlH4)2放氫動(dòng)力學(xué)性能的影響,并結(jié)合放氫過程的速控因素來分析具體的催化機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),0.08 mol的NbF5摻雜可使Mg(AlH4)2室溫下即開始放氫,95℃時(shí),0.08NbF5-Mg(AlH4)2樣品一小時(shí)之內(nèi)即可放出占總儲(chǔ)氫容量的66%的H2,若在100℃的溫度下,該放氫速率還可提高一倍。通過表觀活化能的計(jì)算,該摻雜體系第一步放氫的能壘僅為82.04 kJ/mol,而且第二步放氫的反應(yīng)能壘也得到了極大程度地降低,由183.04 kJ/mol降低至101.22 kJ/mol,因此,Mg(AlH4)2第一步分解產(chǎn)物MgH2的放氫溫度大幅度提前,而無孕育期的出現(xiàn)。此外,由擬合的放氫反應(yīng)模型可知,0.08NbF5-Mg(AlH4)2樣品分解放氫的速控步驟已由相界面間的反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇S的擴(kuò)散所控制。所以,若需進(jìn)一步改善該體系的放氫動(dòng)力學(xué)行為,需要從加速H2在體相中的擴(kuò)散等方面入手。
【關(guān)鍵詞】：Mg(AlH_4)_2 緩沖劑 納米改性 NbF_5 催化改性 孕育期
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB34;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 氫能的研究意義12-13
• 1.2 儲(chǔ)氫13-14
• 1.3 儲(chǔ)氫材料14-22
• 1.3.1 金屬氫化物14-18
• 1.3.2 配位氫化物18-19
• 1.3.3 有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料19
• 1.3.4 氨硼烷19-20
• 1.3.5 物理吸附儲(chǔ)氫材料20-22
• 第二章 Mg(AlH_4)_2的研究進(jìn)展及本文研究思路22-36
• 2.1 Mg(AlH_4)_2的物理性質(zhì)及結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2 Mg(AlH_4)_2的制備23-25
• 2.3 Mg(AlH_4)_2的儲(chǔ)氫性能25-28
• 2.4 Mg(AlH_4)_2的改性研究28-34
• 2.4.1 納米化改性28-32
• 2.4.2 催化改性32-33
• 2.4.3 復(fù)合改性33-34
• 2.5 本文的研究思路及主要研究?jī)?nèi)容34-36
• 第三章 實(shí)驗(yàn)方法36-42
• 3.1 樣品的制備36-37
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料36
• 3.1.2 無水無氧操作36-37
• 3.1.3 樣品制備37
• 3.2 樣品儲(chǔ)氫性能的表征37-39
• 3.2.1 儲(chǔ)氫性能測(cè)試儀器37-38
• 3.2.2 吸放氫性能測(cè)試38-39
• 3.2.3 DSC/TG測(cè)試39
• 3.3 樣品的微觀結(jié)構(gòu)的表征39-42
• 3.3.1 X射線衍射分析(XRD)39
• 3.3.2 傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)39
• 3.3.3 掃描電鏡分析(SEM)以及透射電鏡分析(TEM)39-42
• 第四章 納米無溶劑化Mg(AlH_4)_2的制備及其放氫性能的研究42-60
• 4.1 引言42-43
• 4.2 樣品的制備43
• 4.2.1 制備純的Mg(AlH_4)_243
• 4.2.2 納米化Mg(AlH_4)_2的制備43
• 4.3 結(jié)構(gòu)與形貌表征43-48
• 4.4 吸放氫性能48-53
• 4.5 納米化Mg(AlH_4)_2的放氫動(dòng)力學(xué)機(jī)理53-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 第五章 NbF_5摻雜對(duì)納米無溶劑化Mg(AlH_4)_2的放氫性能的研究60-76
• 5.1 引言60
• 5.2 樣品的制備60-61
• 5.3 結(jié)構(gòu)與形貌的表征61-65
• 5.4 NbF_5摻雜對(duì)Mg(AlH_4)_2放氫性能的影響65-71
• 5.5 NbF_5摻雜體系放氫機(jī)理的研究71-74
• 5.6 本章小結(jié)74-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-80
• 6.1 納米無溶劑化Mg(AlH_4)_2的制備及其放氫性能的研究76
• 6.2 NbF_5摻雜對(duì)納米無溶劑化Mg(AlH_4)_2的放氫性能的研究76-77
• 6.3 工作建議和展望77-80
• 參考文獻(xiàn)80-90
• 致謝90-92
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷92-94
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果94

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