催化掺杂LiBH4储氢材料的制备及其储氢性能的研究

摘要

本文在全面综述储氢材料研究现状的基础上,以LiBH4为研究对象,通过掺杂添加剂的方式制备出多种复合体系,并运用热重(TG)、差示扫描量热(DSC)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、压力-组成-温度仪(PCT)等对复合体系进行储氢性能表征,进而对催化掺杂的反应过程、催化性能、动力学和热力学性能进行了详细研究。
　　 本论文系统研究了单一掺杂Fe2O3或TiF3及二者共掺杂对2LiBH4-MgH2体系放氢性能的影响,结果表明:单一Fe2O3或TiF3的掺杂均能有效地改善2LiBH4-MgH2复合体系的放氢性能,二者共掺杂的体系表现出了更好的放氢性能。TG结果表明当二者掺杂量均为5.0wt.%时,体系在120℃左右开始缓慢放氢,总放氢量达到了8.8wt.%。PCT结果表明,该体系在400℃时,10min内基本完成放氢过程,放氢量达到了8.1wt.%。测试结果表明共掺杂体系的放氢热力学和放氢动力学均优于单一掺杂体系,证明Fe2O3和TiF3具有协同催化作用。进一步研究表明,当二者的掺杂量增加至10wt.%时,体系在110℃左右开始明显放氢,总放氢量增至9.6wt.%,增加二者的掺杂量可以有效地增强复合体系的放氢性能。
　　 本文研究了孔结构Fe2O3的制备方法及其对LiBH4体系储氢性能的影响规律,并以市售的Fe2O3(定义为:Fe2O3’)做参比。采用球磨的方式制备LiBH4-30wt.%孔结构Fe2O3和LiBH4-30wt.%Fe2O3’体系。TG结果表明,孔结构Fe2O3掺杂体系在75℃左右表现出放氢性能,而Fe2O3’掺杂体系在205℃才表现出放氢性能。结果表明,孔结构Fe2O3有着更优异的催化效果。
　　 本文研究了共掺杂孔结构Fe2O3和TiF3对LiBH4储氢性能的影响,并通过调控TiF3添加量制备不同的复合体系。TG结果表明,TiF3掺杂量达到30wt.%时,体系在60℃时就开始放氢,215℃时放氢量就达到了5.7wt.%。进一步的DSC和PCT表征也说明了该复合体系比纯相LiBH4表现出了优异的热力学和动力学性能。