稀土類氟化物的制備及其催化鎂基儲氫合金的性能研究.pdf

1、鎂基儲氫合金具有比傳統(tǒng)儲氫方法(高壓儲氫、液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫等)更高的儲氫密度、價格低廉、無污染等特有的優(yōu)點,而成為儲氫材料的研究熱門。然而,大多數(shù)鎂基儲氫合金吸氫后形成的氫化物化學性能穩(wěn)定,這種性能穩(wěn)定的氫化物的吸氫動力學性能一般很差,特別是其放氫溫度高,限制了其大規(guī)模應用。如純鎂需要在很高的溫度下才能發(fā)生氫化反應,反應時間很長[1]。為此,人們采取了諸如元素取代、復合、催化等方法,在一定程度上改善了儲氫材料的吸放氫動力學性能和循環(huán)壽

2、命。
　　 本文在前人研究基礎上,主要通過添加稀土氟化物催化劑對鎂基儲氫合金性能進行改性。其研究結(jié)果如下:
　　 在La1.8Ca0.2Mg14Ni3、La2Mg16Ni0.5Co0.5儲氫合金在鑄態(tài)情況下和在甲苯溶液中機械球磨后的儲氫性能。研究表明,鑄態(tài)La1.8Ca0.2Mg14Ni3合金的初始吸氫活化速率較La2Mg16Ni0.5Co0.5合金快,前者在4.0MPa、473 K初次吸氫時吸氫量只有1.5wt.％,經(jīng)

3、過4次吸氫后,其在473K的吸氫量達到了4.3、wt.％左右,并且整個過程在250s內(nèi)基本完成。后者0在4.0MPa、473 K下,經(jīng)過4次吸氫后的吸氫量達到4.35wt.％,比前者稍大。但是它的吸氫過程較前者緩慢,需要500s才能基本完成。對于在613 K、0.1MPat(大氣壓力)下的放氫過程,兩者在前2次的放氫過程基本一致。從第3次開始,前者在前100s的初始放氫速度較后者快。
　　 La1.8Ca0.2Mg14Ni3合金

4、在甲苯中球磨20h后,其吸放氫性能最好。在473 K的吸氫量達到了4.8wt.％,比鑄態(tài)合金在相同溫度下的最大吸氫量提高了0.3wt.％,在613K達到最大放氫量,為4.98wt.％;在600 K的吸氫量達到了4.95wt.％通過XRD和SEM分析,球磨后合金顆粒粒徑明顯減小且有非晶化趨勢。在球磨過程中形成了EDA(electron donor-acceptor)體系。合金顆粒粒徑、非晶化程度和EDA共同作用使球磨20h的合金表現(xiàn)出最優(yōu)

5、異的吸放氫性能。
　　 通過水熱法制備了一些高效的稀土氟化物催化劑,如LaF3、YF3、CeF3、TbF3、YbF3、SmF3、GdF3、NdF3、DyF3等。分別按照3wt.％的質(zhì)量比添加到La1.8Ca0.2Mg14Ni3合金中,對鎂基儲氫合金進行改性。把改性后的合金在不同條件下進行吸放氫性能測試,實驗結(jié)果得到:GdF3的催化性能最佳,能在同等條件下可以最大提高儲氫合金的吸放氫的動力學性能,降低反應溫度,使儲氫合金在溫和的條

6、件下能達到最大的儲氫性能。
　　 把GdF3按照不同的質(zhì)量百分比(3wt.％、5wt.％、6wt.％、8wt.％)添加到La1.8Ca0.2Mg14Ni3合金中。當添加量為5wt.％時,復合物的儲氫性能最佳。研究發(fā)現(xiàn),之所以GdF3的催化性能最好是因為它的納米絲細而且短,分散性很好,球磨的過程中容易進入合金顆粒間隙,很好的促進合金顆粒的細化,使其比表面積相對較大,增加了吸氫的通道,而且還能催化La1.8Ca0.2Mg14Ni3合