离子液体辅助化学还原法制备纳米镁及其储氢性能研究

摘要

随着人们对能源利用和环境保护的需求不断增加，世界各国的研究人员逐渐转向对氢能的关注。氢作为清洁环保的可再生资源，它的内能(124MJ/kg)较普通化学燃料(如汽油，44MJ/kg)高得多，并且金属氢化物的能量存储密度高、安全性好，更值得开发利用。尤其是镁基储氢材料，其中MgH2的理论储氢容量高达7.6wt％，而且它具有质量轻、原料储量丰富、成本低等优点，被认为是很有发展前景的储氢材料。但是，镁及合金作为储氢材料时，其热力学和动力学性能较差，在很高温度(＞673K)时才能吸放氢，并且吸放氢速度慢，于是研究的重点在于通过一系列方法改善镁基储氢材料的吸放氢性能，使之在较低温度时(＜473K)可逆吸放氢。已有研究表明，纳米/微米结构的镁材料由于其独特的性能，在储氢、电化学应用等方面前景诱人。镁纳米材料的制备方法正朝着结构、形貌、大小可控的方向发展。本论文通过离子液体1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘(DMPII)辅助化学还原的方法成功合成了分散性良好、晶粒尺寸约4nm的纳米镁颗粒，并研究其可逆储氢性能。关于本论文的主要内容如下：
　　 (1)通过直接合成法成功制备了离子液体DMPII，并采用FT-IR、1HNMR对离子液体进行表征，验证DMPII的结构和纯度，测试结果证明实验制备的离子液体的纯度符合实验试剂的使用标准（分析纯）。
　　 (2)用实验制备的离子液体DMPII辅助化学还原法制备纳米结构的镁材料。实验条件为无水、无氧的惰性气体环境，常温条件，DMPII作为修饰剂参与到化学还原法中，制得了纳米结构的金属镁粉末。通过XRD、HRTEM、FT-IR等测试结果表明，该方法制备的纳米镁颗粒的尺寸小、分散性好，晶粒的平均粒径范围在3～5nm，克服了传统方法很难制备得到小尺寸、高纯度镁颗粒的缺点。
　　 (3)通过P-C-T（压力-组成-温度）曲线对离子液体辅助化学还原法制备的纳米镁进行吸放氢性能测试，并与商业镁粉的吸放氢性能进行对比。结果表明该纳米结构的镁颗粒的吸放氢温度较商业镁粉降低，吸氢量也高于商业镁粉。