纳米镁碳复合储氢材料制备的研究

摘要

本文以纳米镁碳复合储氢材料为研究起点，分别添加活性金属镍和二氧化钛粉末，来改善其吸放氢性能。材料经透射电镜（TEM）、选区电子衍射（SAED）， X射线衍射（XRD）、差式扫描量热分析仪（DSC）以及自行设计的排水法放氢装置等分析手段表征。文章着重研究了添加物对材料可磨性、粒度大小、储氢密度、吸放氢性能的影响，在此基础上探讨了纳米镁碳复合储氢材料的吸放氢机理。
　　对镍粉不同添加量制备的纳米镁碳复合储氢材料60Mg30CxNi（x=0,1,4,7,10）进行分析表征得出：在镁粉、微晶碳粉中添加小粒径的镍粉进行氢化反应球磨，有利于制备出粒径较小、放氢温度较低的纳米镁碳复合储氢材料；且材料的放氢温度随着镍粉添加量的增加而降低，其中材料60Mg30C10Ni的初始放氢温度为223.9℃；材料的放氢量也受镍粉添加量的影响，在低温下随着镍粉添加量的增加，放氢量呈递增趋势；在高温下随着镍粉添加量的增加而减少。
　　向镁粉、微晶碳粉中添加纳米二氧化钛粉末进行氢化反应球磨，当二氧化钛添加量超过20wt.％时，球磨过程中材料容易粘附于罐底，不利于制备出粒径较小的材料；当添加量在0~20%范围内时，随添加量的增加，材料储氢密度相应的增加；当添加量在20~50%时，随着添加量的增加，材料储氢密度降低；其中以材料50Mg30C20TiO2的储氢密度最高可达3.94wt.%。
　　对制备的材料进行机理分析得出，镍颗粒对于氢气的离解、吸附具有积极作用，从而提高了镁颗粒与氢气反应的速度及效率；二氧化钛在储氢材料中作用主要有催化离解氢气分子及物理吸附氢气分子。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

Contents

1 文献综述

1.1 纳米技术

1.2 储氢方法简介

1.3 储氢材料

1.4 镁基储氢材料

1.5 机械球磨法用于镁基储氢材料制备的研究现状

1.6 问题的提出、研究内容及技术路线

2 实验部分

2.1 实验所用原料

2.2 材料的制备

2.3 材料的测试

2.4 仪器分析

3 添加镍镁碳复合储氢材料的制备及性能分析

3.1 引言

3.2 材料成分的设计

3.3 添加Ni球磨对储氢材料微观结构的影响

3.4 添加Ni对储氢材料放氢性能影响

3.5 添加Ni对纳米镁碳复合储氢材料放氢温度的影响

3.6 添加Ni对纳米镁碳复合储氢材料活化能的影响

3.7 结论

4 复合材料50Mg(50-x)CxTiO2的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 添加TiO2的纳米镁碳复合储氢材料的成分设计

4.3 复合材料50Mg(50-x)CxTiO2的微观结构

4.4 添加TiO2的纳米镁碳复合储氢材料的储氢密度及放氢温度测试

4.5 结论

5 储氢材料储氢机理的研究

5.1 引言

5.2 储氢合金的储氢机理

5.3 金属Mg的吸放氢机理

5.4 镁碳复合材料的储氢机理

5.5 添加Ni的镁碳复合材料储氢机理

5.6 Mg-C-TiO2复合材料的储氢机理

6 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 问题及建议

致谢

攻读硕士期间主要工作成果

参考文献