本文關(guān)鍵詞：金屬硫化物與鈦酸鹽化合物對Mg基材料儲氫性能的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在鎂基儲氫材料中,MgH2和2LiBH4-MgH2復(fù)合材料因具有較高的儲氫容量(理論儲氫容量分別達7.6 wt.%和11.5 wt.%)而倍受關(guān)注。然而,可逆吸/放氫溫度較高和吸/放氫動力學(xué)性能較差等缺點,限制了它們的實際應(yīng)用。本文以金屬硫化物和鈦酸鹽化合物作為添加劑,通過機械球磨法制備了一系列鎂基復(fù)合儲氫材料,研究了復(fù)合材料的儲氫性能和微觀結(jié)構(gòu),并探討了復(fù)合材料的吸/放氫反應(yīng)歷程及添加劑在吸/放氫過程中的作用機理。研究發(fā)現(xiàn),添加Li2S和過渡金屬硫化物TMS(TMS=MnS、WS2、CoS2)能夠有效改善MgH2的儲氫性能。純MgH2在473 K下21 min內(nèi)的吸氫量為2.09 wt.%,573K下的放氫量為0.17 wt.%,而添加20 wt.%的Li2S、CoS2、WS2和MnS復(fù)合材料在相同條件下的吸氫量分別達到了2.36 wt.%、4.11 wt.%、4.38 wt.%和4.63 wt.%,放氫量分別達到0.34 wt.%、0.47 wt.%、0.94 wt.%和1.23 wt.%,使MgH2的初始放氫溫度分別降低了39 K、82 K、123 K和138 K。球磨過程中原位生成新的活性物質(zhì)MgS、W、Mn和CoMg2H5對MgH2的吸/放氫過程有催化作用。對MgH2+20 wt.%MTiO3(M=Mg、Ba)復(fù)合材料研究發(fā)現(xiàn),添加MgTiO3與BaTiO3后MgH2的儲氫性能都有了明顯提升。在473 K時,純MgH2在473 K下的吸氫量和623 K下的放氫量分別為2.09 wt.%和2.39 wt.%,而MgH2+20 wt.%MgTiO3與MgH2+20 wt.%BaTiO3復(fù)合材料在相同條件下的吸/放氫量則分別達到了4.27wt.%、3.65 wt.%和3.73 wt.%、3.34 wt.%。添加MgTiO3與BaTiO3后MgH2的初始放氫溫度分別下降了140K和102 K,放氫反應(yīng)活化能Ea分別降低了20.50 kJ·mol-1和55.64 kJ·mol-1。金屬硫化物L(fēng)i2S和MoS2能顯著改善2LiBH4-MgH2復(fù)合材料的儲氫性能。TG-DSC測試結(jié)果表明,加入20 wt.%的Li2S和MoS2能使2LiBH4-MgH2的初始放氫溫度從319oC分別降至295oC和206oC,放氫控速步驟反應(yīng)活化能分別降低了10.55 kJ·mol-1和34.49 kJ·mol-1。添加的Li2S并未參與反應(yīng),主要對體系中的MgH2吸/放氫反應(yīng)起到了催化作用。而MoS2則與LiBH4發(fā)生反應(yīng),大幅降低了體系的初始放氫溫度,同時原位生成的MoB2和Li2S不但能夠催化復(fù)合材料放氫的第一步反應(yīng)即MgH2的分解,同時對放氫第二步反應(yīng)即Mg與LiBH4之間的反應(yīng)起到了共同催化作用。向2LiBH4-MgH2體系添加20 wt.%的MTi O3(M=Mg、Ba)能使其初始放氫溫度分別降低47oC和58oC,在350oC下21 min內(nèi)的放氫量從0.71 wt.%分別提高到1.12wt.%和1.63 wt.%,吸氫量從3.30 wt.%分別提高到3.58 wt.%和3.82 wt.%,體系的放氫控速步驟反應(yīng)活化能降低了31.41 kJ·mol-1和10.93 kJ·mol-1。鈦酸鹽化合物MTiO3(M=Mg、Ba)能明顯改善2LiBH4-MgH2體系的儲氫性能,其原因是MTiO3在復(fù)合材料球磨或放氫過程中與LiBH4發(fā)生了反應(yīng),原位生成了TiO2、Mg2TiO4、BaB6等中間產(chǎn)物,不但促使LiBH4失穩(wěn)而分解放氫,而且對復(fù)合材料吸/放氫過程都具有催化作用。
【關(guān)鍵詞】：鎂基儲氫材料 金屬硫化物 鈦酸鹽化合物 儲氫性能 作用機理
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-30
• 1.1 選題意義與目的10-11
• 1.2 儲氫材料概述11-16
• 1.2.1 儲氫方式簡介11-12
• 1.2.2 合金儲氫機理12-13
• 1.2.3 儲氫合金分類13-16
• 1.3 鎂系儲氫材料16-22
• 1.3.1 R-Mg-Ni (R = Rare earths, Ca or Y)系超晶格合金16-17
• 1.3.2 Mg_2Ni型固態(tài)儲氫合金17-18
• 1.3.3 MgH_2的儲氫性能18-22
• 1.4 Li-Mg-B-H復(fù)合儲氫材料22-28
• 1.4.1 Li-Mg-B-H復(fù)合材料的儲氫特性22-24
• 1.4.2 Li-Mg-B-H復(fù)合材料的儲氫性能改善方法24-28
• 1.4.3 Li-Mg-B-H復(fù)合材料存在的問題28
• 1.5 本文的研究思路與主要內(nèi)容28-30
• 第2章 實驗過程30-35
• 2.1 實驗設(shè)備、原料與樣品的制備30-32
• 2.1.1 實驗設(shè)備30
• 2.1.2 實驗原料30-31
• 2.1.3 樣品的制備31-32
• 2.2 樣品的微觀結(jié)構(gòu)分析32
• 2.2.1 相結(jié)構(gòu)分析32
• 2.2.2 紅外光譜分析32
• 2.2.3 表面形貌觀察32
• 2.3 儲氫性能測試32-35
• 2.3.1 吸/放氫速率測試32-33
• 2.3.2 TPD-MS測試33-34
• 2.3.3 放氫過程熱分析34-35
• 第3章 金屬硫化物對MgH_2相結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響35-57
• 3.1 MgH_2 + x wt.% Li_2S(x = 0、10、20 和 30)復(fù)合材料儲氫性能的研究35-43
• 3.1.1 MgH_2 + x wt.% Li_2S(x = 0、10、20 和 30)復(fù)合材料儲氫熱力學(xué)性能35-39
• 3.1.2 MgH_2 + 20 wt.% Li_2S復(fù)合材料的儲氫動力學(xué)性能39-41
• 3.1.3 MgH_2 + 20 wt.% Li_2S復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)41-43
• 3.2 MgH_2 + 20 wt.% TMS (TMS=MnS、WS_2、CoS_2) 復(fù)合材料儲氫性能的研究 3443-55
• 3.2.1 MgH_2 + 20 wt.% TMS(TMS = MnS、WS_2、CoS_2)復(fù)合材料儲氫熱力學(xué)性能43-47
• 3.2.2 MgH_2 + 20 wt.% TMS(TMS = MnS、WS_2、CoS_2)復(fù)合材料儲氫動力學(xué)性能47-49
• 3.2.3 MgH_2 + 20 wt.% TMS (TMS = MnS、WS_2、CoS_2) 復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與作用機理 4049-55
• 3.3 本章小結(jié)55-57
• 第4章 鈦酸鹽化合物對MgH_2微觀結(jié)構(gòu)及儲氫性能的影響57-75
• 4.1 MgH_2 + 20 wt.% MgTiO_3復(fù)合材料儲氫性能的影響57-65
• 4.1.1 MgH_2 + 20 wt.% MgTiO_3復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)57-59
• 4.1.2 MgH_2 + 20 wt.% MgTiO_3復(fù)合材料的儲氫熱力學(xué)性能59-64
• 4.1.3 MgH_2 + 20 wt.% MgTiO_3復(fù)合材料儲氫動力學(xué)性能64-65
• 4.2 MgH_2 + 20 wt.% BaTiO_3復(fù)合材料儲氫性能的研究65-71
• 4.2.1 MgH_2 + 20 wt.% BaTiO_3復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)65-67
• 4.2.2 MgH_2 + 20 wt.% BaTiO_3復(fù)合材料儲氫熱力學(xué)性能67-70
• 4.2.3 MgH_2 + 20 wt.% BaTiO_3復(fù)合材料儲氫動力學(xué)性能70-71
• 4.3 MTiO_3(M=Mg、Ba)改善MgH_2儲氫性能的作用機理71-73
• 4.4 本章小結(jié)73-75
• 第5章 金屬硫化物對Li-Mg-B-H體系儲氫性能的影響及機理分析75-92
• 5.1 Li_2S對 2LiBH_4-MgH_2復(fù)合材料儲氫性能的影響75-82
• 5.1.1 2LiBH_4-MgH_2+ 20 wt.% Li_2S復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)75-77
• 5.1.2 2LiBH_4-MgH_2+ 20 wt.% Li_2S復(fù)合材料的儲氫熱力學(xué)性能77-81
• 5.1.3 2LiBH_4-MgH_2 + 20 wt.% Li_2S復(fù)合材料儲氫動力學(xué)性能81-82
• 5.2 MoS_2對 2LiBH_4-MgH_2復(fù)合材料儲氫性能的影響82-90
• 5.2.1 MoS_2對 2LiBH_4-MgH_2復(fù)合材料儲氫熱力學(xué)性能的研究82-87
• 5.2.2 MoS_2對 2LiBH_4-MgH_2復(fù)合材料儲氫動力學(xué)性能的研究87-88
• 5.2.3 2LiBH_4-MgH_2 + 20 wt.% MoS_2復(fù)合材料反應(yīng)機理分析88-90
• 5.3 本章小結(jié)90-92
• 第6章 鈦酸鹽化合物對Li-Mg-B-H體系儲氫性能的影響及機理92-111
• 6.1 MgTiO_3對 2LiBH_4-MgH_2復(fù)合材料儲氫性能的影響92-100
• 6.1.1 2LiBH_4-MgH_2 + 20 wt.% MgTiO_3復(fù)合材料的儲氫熱力學(xué)性能92-95
• 6.1.2 2LiBH_4-MgH_2 + 20 wt.% MgTiO_3復(fù)合材料的的儲氫動力學(xué)性能95-98
• 6.1.3 2LiBH_4-MgH_2 + 20 wt.% MgTiO_3復(fù)合材料反應(yīng)機理分析98-100
• 6.2 BaTi O_3對 2LiBH_4-MgH_2復(fù)合材料儲氫性能的影響100-109
• 6.2.1 2LiBH_4-MgH_2 + 20wt.% Ba TiO_3復(fù)合材料的儲氫熱力學(xué)性能100-103
• 6.2.2 2LiBH_4-MgH_2 + 20wt. %Ba TiO_3復(fù)合材料的儲氫動力學(xué)性能103-105
• 6.2.3 2LiBH_4-MgH_2 + 20 wt.% BaTi O_3復(fù)合材料反應(yīng)機理分析105-109
• 6.3 本章小結(jié)109-111
• 結(jié)論111-112
• 參考文獻112-125
• 攻讀博士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果125-127
• 致謝127-128
• 作者簡介128

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：金屬硫化物與鈦酸鹽化合物對Mg基材料儲氫性能的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：285200