纳米晶MgFeH储氢材料的制备、结构与性能研究

摘要

氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源，正引起人们的广泛关注。氢能的利用首先需解决储氢的问题。储氢材料因能安全高效储氢近十年来成为研究热点。镁基储氢材料，因其价格低、储氢密度高被认为是一种理想的储氢材料。纯Mg的储氢质量分数为7.7wt％。 但是纯镁储氢材料存在反应动力学性能差，离实际应用尚有距离。为此国内外大量工作致力于改善其吸放氢性能。目前已报道的文献对于各类Mg基储氢材料，在降低工作温度改善吸放氢性能方面取得了一定成绩。本研究围绕着Mg2FeH6的制备，吸放氢动力学开展了以下工作： 分别应用Uni-Ball-Mill 5和XQM-4变频行星式球磨机将Mg粉和Fe粉在氢气中直接球磨合成三元储氢相Mg2FeH6。从球磨罐中的氢压降、X-射线衍射图谱、吸放氢测试等方面探讨了不同球磨方式对纳米晶Mg2FeH6储氢材料的合成结果。XQM-4变频行星式球磨机合成的Mg2FeH6相在产率和放氢量方面优于采用Uni-Ball-Mill 5球磨机合成的Mg2FeH6。可能源于前一球磨方式具有更高的球磨合金化效率。分别采用化学计量(2:1)和非化学计量(3:1)的Mg、Fe原料配比直接反应球磨制备Mg2FeH6储氢材料。非化学计量比3:1在H2中直接球磨的样品，Mg2FeH6的合成产率质量分数达到83.7％；Mg、Fe以化学计量比(2:1)直接反应球磨得到的Mg2FeH6具有最低的起始放氢温度204.4℃。通过不同球磨工艺制备Mg2FeH6储氢材料，发现采用连续球磨方式可以有效抑制MgO的生成。另外对Mg2FeH6的微观形成机理进行了分析。 采用Sievert吸放氢设备对球磨制备的纳米晶Mg2FeH6储氢材料的吸放氢性能进行了研究。研究表明：合成的Mg2FeH6纳米晶储氢材料具有优异的吸放氢性能，无需任何活化就可以直接循环吸放氢，在653K，4MPa下，吸氢容量高达4.42wt％。在3Mg+Fe混合物中添加少量的Ti，TiO2，制备了Mg2FeH6-Ti、Mg2FeH6-TiO2纳米复合材料，对其吸放氢性能及催化机理进行了研究。

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

1.1氢的储存

1.2贮氢合金

1.2.1 Mg基储氢材料

1.2.2 LaNi5型储氢合金

1.2.3铁钛储氢合金

1.2.4 Laves相型储氢合金

1.3储氢材料的基本性能

1.3.1氢化热力学性能

1.3.2氢化动力学性能

1.3.3其它性能

1.4纳米晶材料与储氢材料吸放氢性能

1.5本工作的意义及构思

第二章实验及测试方法

2.1样品制备

2.2检测方法

第三章Mg2FeH6储氢材料的合成及其结构研究

3.1球磨方式对Mg2FeH6合成的影响

3.1.1实验参数及实验设备

3.1.2球磨方式对粉末氢化速率的影响

3.1.3球磨能量对粉末的微观形貌

3.1.4球磨对放氢性能及晶粒大小的影响

3.2原料比对Mg2FeH6合成的影响

3.2.1实验参数以及样品的制备

3.2.2球磨时间对Mg氢化的影响

3.2.3球磨对粉末形态及微观结构的影响

3.2.4合成产物的热力学性能

3.3球磨工艺对Mg2FeH6合成的影响

3.3.1 Mg2FeH6储氢材料的制备

3.3.2不同球磨工艺对物相的影响

3.3.3 Mg2FeH6形成机理分析

3.3.4不同球磨工艺对粉末热力学性能的影响

3.4小结

第四章Mg2FeH6储氢材料吸放氢及催化性能的研究

4.1 Mg2FeH6的吸放氢动力学

4.1.1样品3MFH150的吸/放氢动力学性能

4.1.2样品2MFH150的吸/放氢动力学性能

4.1.3样品3MFH与2MFH150的吸/放氢动力学性能比较

4.2 Mg2FeH6-Ti纳米/非晶复合贮氢材料

4.2.1 Mg2FeH6-Ti的制备及其氢化行为研究

4.2.2 Mg2FeH6-Ti纳米/非晶复合贮氢材料动力学性能

4.3 Mg2FeH6-TiO2纳米/非晶复合贮氢材料

4.3.1 Mg2FeH6-TiO2的制备及其氢化行为研究

4.4.2 Mg2FeH16-TiO2微观结构

4.4.3 Mg2FeH6-TiO2纳米/非晶复合贮氢材料动力学性能

4.5催化机理分析

4.6小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得成果

致谢