本文關(guān)鍵詞：Zn摻雜對Al-Ga-In-Sn復(fù)合材料水解制氫性能的影響研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于化石能源的消耗與枯竭,尋找新能源來替代傳統(tǒng)的化石燃料迫在眉睫。而氫氣作為一種高熱量、無污染的新能源,受到了科學家的青睞。然而,氫氣在存儲和運輸方面的安全問題,使氫氣進一步應(yīng)用受到了限制。為了解決這些問題,我們想通過在線提供氫氣的方法,使氫氣的存儲、運輸和生產(chǎn)結(jié)合起來,實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊使用,從而解決了氫氣在運輸和存儲過程的安全問題。利用固體制氫材料可以解決上述問題,實現(xiàn)在線產(chǎn)生應(yīng)用,并且相比于普通的運輸存儲方法,使用固體制氫材料更有利于氫氣的存儲與運輸。在固體制氫材料中,Al合金以其優(yōu)異的性能脫穎而出。金屬Al在地殼中儲量豐富,因此容易獲得。此外,Al的密度較低,因此具有很高的能量密度。Al屬于一種活潑金屬,理論上可以直接與水反應(yīng),產(chǎn)生氫氣。但是由于Al暴露在空氣中時會快速被氧化,從而在金屬Al表面會形成一層致密的氧化膜,阻止其與水的進一步反應(yīng)。因此,如何除去Al表面的氧化膜,使Al與水繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,是現(xiàn)在科學家們研究的重點。本文利用簡單熔煉澆注的方法,通過向Al中添加Ga、In、Sn、Zn等金屬來活化Al,形成Al-Ga-In-Sn-Zn合金,從而使Al能與水直接進行反應(yīng)。通常Al-Ga-In-Sn合金就能直接與水反應(yīng),產(chǎn)生氫氣,但是Ga和In都屬于稀有金屬,且價格昂貴。通過向Al-Ga-In-Sn合金摻雜金屬Zn可以保證合金產(chǎn)氫性能(包括產(chǎn)氫量和產(chǎn)氫速率)的前提下,降低Ga和In的用量,來降低合金生產(chǎn)的成本。此外,通過XRD、SEM、EDX以及DTA對不同配比的合金樣品進行分析,并根據(jù)分析結(jié)果提出Zn摻雜對Al-Ga-In-Sn合金的作用機理。Al-Ga-In-Sn合金中的In和Sn主要會形成In_3Sn與In Sn_4兩種不同的化合物,其中Al-Ga-In Sn_4合金雖然金屬In的用量少,成本低,但產(chǎn)氫性能不理想。Zn的引入分別對應(yīng)生成Al-Ga-In_3Sn-Zn與Al-Ga-In Sn_4-Zn合金,它們的產(chǎn)氫性能也發(fā)生明顯的變化。對于Al-Ga-In_3Sn合金,Zn摻雜使Al-Ga-In_3Sn合金的產(chǎn)氫量略有降低,但在產(chǎn)氫速率上卻有很大的提高,當Zn的摻雜量為5%時,綜合產(chǎn)氫性能最佳。對于Al-Ga-In Sn_4合金,Zn摻雜使Al-Ga-In Sn_4合金的產(chǎn)氫速率上會明顯降低,但是由于純Al-Ga-In Sn_4合金的產(chǎn)氫速率極快,因此Zn的摻雜可以起到穩(wěn)定速率的作用。而在產(chǎn)氫量上,Zn的摻雜會使Al-Ga-In Sn_4合金的產(chǎn)氫量明顯提高。當Zn的摻雜量為10%時,綜合產(chǎn)氫性能最好。在討論Zn摻雜對Al-Ga-In_3Sn-In Sn_4的影響時發(fā)現(xiàn),Al-Ga-In_3Sn-In Sn_4-Zn合金的產(chǎn)氫性能整體上較好,且當In_3Sn與In Sn_4的比例趨近單一的In_3Sn或In Sn_4時產(chǎn)氫性能最為理想。僅在In_3Sn與In Sn_4的比例為1:1時,材料的產(chǎn)氫性能較差,這也與掃描電鏡、能譜分析的結(jié)果相吻合。并且通過對Al-Ga-In_3Sn-In Sn_4-Zn的顯微結(jié)構(gòu)觀察可以發(fā)現(xiàn),摻雜后在合金中出現(xiàn)了Zn單質(zhì),但當In_3Sn與In Sn_4的比例為1:1時掃描電鏡下Zn單質(zhì)含量明顯少,從而造成了其產(chǎn)氫性能的下降,因此確定In_3Sn與In Sn_4的最佳配比為1:3。通過實驗發(fā)現(xiàn),當Zn的摻雜量為6%,In Sn化合物的含量為9%時產(chǎn)氫性能最好。并且,當Zn含量由少向多變化時,In Sn粒子由呈現(xiàn)出由顆粒圓球狀,向不規(guī)則片狀粒狀過渡。此外,固定In_3Sn、In Sn_4的比例為1:3,改變Zn與Ga的相對含量,當Zn摻雜量為9%,Ga的摻雜量為6%時,合金的綜合產(chǎn)氫性能最優(yōu)。當Zn摻雜量較少時,In Sn粒子趨向于球狀;當Zn摻雜量較多時,In Sn粒子趨向于片狀。Al-Ga-In-Sn-Zn合金可以直接與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,并在保證合金產(chǎn)氫性能的前提條件下,降低合金的生產(chǎn)制造成本,并且解決了氫氣在存儲運輸上的問題。此外,Ga、In、Sn、Zn等金屬并不參與反應(yīng),當反應(yīng)結(jié)束后可以對這些金屬進行回收利用。
【關(guān)鍵詞】：Al-Ga復(fù)合材料 Zn摻雜 制氫 反應(yīng)機制
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ116.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-28
• 1.1 能源概述12-15
• 1.1.1 傳統(tǒng)能源發(fā)展現(xiàn)狀12
• 1.1.2 新能源發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2 氫能源簡介15-23
• 1.2.1 氫能源發(fā)展現(xiàn)狀15
• 1.2.2 氫氣的生產(chǎn)及制備15-17
• 1.2.3 氫氣的存儲及運輸17-21
• 1.2.4 氫能源的應(yīng)用21-23
• 1.3 鋁制氫的概述23-26
• 1.3.1 鋁制氫的研究現(xiàn)狀23-26
• 1.3.2 鋁水解制氫的優(yōu)勢26
• 1.4 本文研究的目的、意義及內(nèi)容26-28
• 第2章 材料的制備及測試表征28-34
• 2.1 材料制備28-29
• 2.1.1 實驗藥品28
• 2.1.2 實驗設(shè)備28-29
• 2.1.3 合金制備的工藝流程29
• 2.2 合金樣品的表征29-31
• 2.2.1 X射線衍射（XRD）分析29-30
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）及能譜（EDX)分析30-31
• 2.2.3 差熱熱重（DTA/TG）分析31
• 2.3 合金的產(chǎn)氫性能測試31-34
• 2.3.1 合金產(chǎn)氫量的測定31-32
• 2.3.2 合金產(chǎn)氫速率的測定32-34
• 第3章 Al-Ga-In3Sn-Zn復(fù)合材料水解制氫性能研究34-40
• 3.1 復(fù)合材料的表征34-38
• 3.1.1 XRD表征34-35
• 3.1.2 SEM及EDX表征35-37
• 3.1.3 DTA表征37-38
• 3.2 復(fù)合材料的產(chǎn)氫量及產(chǎn)氫速率分析38-39
• 3.3 本章小結(jié)39-40
• 第4章 Al-Ga-InSn_4-Zn復(fù)合材料水解制氫性能研究40-46
• 4.1 復(fù)合材料的表征40-44
• 4.1.1 XRD表征40-41
• 4.1.2 SEM及EDX表征41-43
• 4.1.3 DTA表征43-44
• 4.2 復(fù)合材料的產(chǎn)氫量及產(chǎn)氫速率分析44-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 第5章 Al-Ga-In_3Sn-InSn_4-Zn復(fù)合材料水解制氫性能研究46-64
• 5.1 不同比例In_3Sn、InSn_4復(fù)合材料水解性能研究46-51
• 5.1.1 復(fù)合材料的表征46-50
• 5.1.2 復(fù)合材料的產(chǎn)氫量及產(chǎn)氫速率分析50-51
• 5.2 Zn含量對固定比例In_3Sn、InSn_4復(fù)合材料水解性能的影響研究51-56
• 5.2.1 復(fù)合材料的表征52-55
• 5.2.2 復(fù)合材料的產(chǎn)氫量及產(chǎn)氫速率分析55-56
• 5.3 Ga含量對固定比例In_3Sn、InSn_4復(fù)合材料水解性能的影響研究56-61
• 5.3.1 復(fù)合材料的表征57-60
• 5.3.2 復(fù)合材料的產(chǎn)氫量及產(chǎn)氫速率分析60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-64
• 第6章 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-72
• 作者簡介72-74
• 致謝74

【相似文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李永濤;Al-Ga-In-Sn四元合金產(chǎn)氫特性及影響因素研究[D];吉林大學;2016年

2 崔婷;Zn摻雜對Al-Ga-In-Sn復(fù)合材料水解制氫性能的影響研究[D];吉林大學;2016年

  本文關(guān)鍵詞：Zn摻雜對Al-Ga-In-Sn復(fù)合材料水解制氫性能的影響研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：452126