過飽和Al(Ti)固溶體形成機(jī)制及其對NaAlH4可逆吸放氫性能的影響.pdf

1、本文主要目的是改善NaAlH4的制備方法以及對其儲氫性能的研究。通過機(jī)械球磨和退火處理工藝相結(jié)合制備摻雜劑-NaAlH4儲氫材料，并研究制備工藝、摻雜方式等對原位球磨合成摻雜劑-NaAlH4儲氫性能的影響。
　　首先，通過在球磨過程中加入過程控制劑成功制備出純度較高的，且成分均勻度高的Al(Ti)過飽和固溶體(固溶度約為2.2at％)。在球磨過程中，Al(Ti)過飽和固溶體的形成會經(jīng)歷薄層狀TiAl3合金的形核、長大和消失過程。T

2、iAl3可以促進(jìn)Al的擴(kuò)散，還可以提高球磨過程中含Ti顆粒脫落率而增大與Al的接觸面，因而對Al(Ti)固溶體的形成有十分重要的作用。采用第一性原理計(jì)算的方法探討了Al(Ti)固溶體的晶胞體積收縮，固溶度極限較低和能達(dá)到較高過飽和度的原因;還利用理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合方法探討了Al+2.5at％Ti球磨合成Al(Ti)過飽和固溶體的形成過程和形成機(jī)制。在400℃退火5h，Al(Ti)過飽和固溶體脫溶出了Al和細(xì)小的TiAl3顆粒。
　　其

3、次，以Al(Ti)過飽和固溶體與商業(yè)購買的NaH為原料進(jìn)行高能振動球磨制備出Ti-NaAlH4，并研究了預(yù)球磨時間對Ti-NaAlH4體系制備的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著預(yù)球磨時間的增加，NaAlH4的合成量越多，未經(jīng)過預(yù)球磨的樣品和預(yù)球磨10h的樣品，只合成出了Na3AlH6，其初始放氫量分別僅有1.33wt％和1.62wt％，而預(yù)球磨30h、50h和70h的樣品，都合成出了NaAlH4，其初始放氫量分別為3.48wt％、4.91wt％和4

4、.96wt％。隨著預(yù)球磨時間的增加，NaAlH4的兩步脫氫激活能越來越低，與預(yù)球磨30h的樣品相比，預(yù)球磨70h的樣品的第一步和第二步的脫氫激活能分別降低了42kJ/mol和34kJ/mol。隨著預(yù)球磨時間的增加，脫氫后的樣品再吸氫動力學(xué)也有較大提高，未預(yù)球磨的樣品3h的吸氫量約為1.51wt％，預(yù)球磨70h的樣品3h的吸氫量約為3.63wt％。
　　最后，以Al(Ti)過飽和固溶體脫溶出的Al-TiAl3和商業(yè)購買的NaH為原料

5、進(jìn)行高能振動球磨制備TiAl3-NaAlH4，并研究了不同退火條件對TiAl3-NaAlH4儲氫性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，單純由商業(yè)Al粉、TiAl3粉和NaH粉直接高能振動球磨40h，沒有合成出NaAlH4，只合成了Na3AlH6，其初始脫氫量僅有1.69wt％。而經(jīng)過在400℃保溫5h退火后的混合粉和商業(yè)購買的NaH在高能振動球磨40h后，合成了NaAlH4，而且其含量較高，初始脫氫量達(dá)到了4.50wt％。前者樣品的脫氫激活能為173k