鎂基納米復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備及其儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、鎂基儲(chǔ)氫材料具有儲(chǔ)氫量大（7.6wt％）、環(huán)境友好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在能源材料的開發(fā)方面得到了越來越多的關(guān)注，但是由于純鎂的吸放氫熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)性能較差，使其難以獲得廣泛的實(shí)際應(yīng)用。納米化及微量催化劑的摻雜是改善鎂基儲(chǔ)氫材料性能的最有效手段。本文首先比較了納米限域法及液相還原法制備的納米Mg的儲(chǔ)氫性能，研究發(fā)現(xiàn)液相還原法制備的納米Mg吸放氫動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異，吸放氫量更大，并且合成工藝簡(jiǎn)單，成本低。其次，在液相還原法的基礎(chǔ)上，采用共沉淀法將過

2、渡金屬元素（Ni、Ti、Fe、Co、V、Pd等）摻雜到納米Mg顆粒中，制備了納米Mg-TM（TM=Ni、Ti、Fe、Co、V、Pd）復(fù)合儲(chǔ)氫材料，并通過XRD、TEM、STEM、EDS、DSC、PCT等測(cè)試手段，對(duì)樣品的物相組成、微觀形貌、儲(chǔ)氫性能等進(jìn)行了系統(tǒng)地表征。
　　納米限域法制備碳凝膠負(fù)載納米Mg的研究顯示：納米MgH2均勻地負(fù)載在碳凝膠的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)當(dāng)中，大部分顆粒尺寸<10nm。由于碳凝膠的約束作用，Mg顆粒尺寸降低，

3、在一定程度上改善了納米Mg的吸放氫熱力學(xué)性能，并提高了其吸放氫動(dòng)力學(xué)性能。通過碳凝膠孔結(jié)構(gòu)調(diào)控以及浸漬方法優(yōu)化，納米 Mg的負(fù)載率有一定的提高（22.5wt%）。然而碳凝膠負(fù)載納米 Mg的最大吸氫量?jī)H為2.35wt%，達(dá)不到儲(chǔ)氫材料的應(yīng)用要求。
　　液相還原法制備納米Mg的研究顯示：納米Mg片團(tuán)聚在一起，形成“雞爪”狀結(jié)構(gòu)，片長(zhǎng)度為50~200nm，厚度為10~20nm。與碳凝膠負(fù)載的納米Mg比較，納米Mg片比表面積大，內(nèi)部存在大

4、量缺陷，不僅保持了較高的儲(chǔ)氫量（7wt%），并且吸放氫動(dòng)力學(xué)性能更加優(yōu)異。例如，納米Mg片在250℃溫度下，52s內(nèi)的吸氫量達(dá)到了最大吸氫量的85%（5.95wt%），吸氫激活能降低為73.1 kJ/mol H2；氫化后的納米Mg片的初始放氫溫度降低為311.1℃，放氫激活能降低為147.4 kJ/mol H2。
　　共沉淀法制備納米Mg-TM（TM=Ni、Ti、Fe、Co、V、Pd）復(fù)合儲(chǔ)氫材料的研究顯示：共沉淀元素均勻地分布在

5、納米 Mg顆粒的表面及內(nèi)部，且顆粒中存在高密度的晶體缺陷，在低溫氫化過程中，局部生成了γ-MgH2相。與液相還原法納米Mg比較，納米Mg-TM復(fù)合材料的吸放氫性能顯著提高。共沉淀元素Ni的摻雜，不僅顯著提高了納米Mg-Ni的吸氫循環(huán)穩(wěn)定性，并在一定程度上改善了 Mg的吸放氫熱力學(xué)性能，使其吸放氫反應(yīng)焓降低到~70.0 kJ/mol H2；共沉淀元素Ti的摻雜，使納米Mg-Ti具有最優(yōu)的吸氫動(dòng)力學(xué)性能，其在室溫下2h內(nèi)的吸氫量達(dá)到了6.2

6、wt%；共沉淀元素Pd的摻雜，使氫化后的納米Mg-Pd放氫性能最優(yōu)，其初始放氫溫度降低為216.8℃，且放氫激活能降低為93.8 kJ/mol H2。共沉淀過渡金屬元素優(yōu)異的催化效果，不僅取決于其自身特性，也取決于其特殊的分布狀態(tài)。根據(jù)催化機(jī)理的不同可將上述過渡金屬元素分為三類：
　　（1）Mg-Fe、Mg-Co體系中，在低溫吸氫過程中，起主要催化作用的是非晶態(tài)或納米微晶態(tài)的金屬Fe或Co；
　?。?）納米Mg-Pd、Mg-