硅基复合物水解制氢性能的研究

摘要

硅具有理论氢容量高、价格低廉和资源丰富等优点，被认为是一种很有前景的新型水解制氢材料，可以应用于便携式氢源或燃料电池系统中。但是硅单独与纯水反应水解制氢速率极慢，产氢量低，制约了它的应用。为了提高硅的水解制氢活性，本文采用球磨方法制备了Si/LiH(LiBH4)复合物，并在此基础上添加NiCl2制备了三元复合物，系统研究了复合物的水解制氢特性；采用化学法制备了多孔硅，并研究了多孔硅的水解制氢性能；研究了硅及其复合物在碱性环境中的水解性能，研究了Si/LiBH4复合物在KOH溶液中水解的协同作用；并采用XRD、SEM、BET、XPS等测试方法对样品进行了表征，对相关机理进行了初步分析。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了球磨后的硅、及硅基复合物在常温下的水解性能。实验结果表明，在硅中添加LiH或LiBH4制备Si/LiH(LiBH4)复合物可以提高其水解制氢的产量、初始放氢速率。在室温下水解1小时，二元 Si/10%molLiH复合物产氢量约为37mL/g，Si/10%molLiBH4水解产氢容量可达126mL/g，三元的Si-10%mol LiH-3%mol NiCl2复合物水解产氢容量可达119mL/g，是硅单独水解产氢量的12倍。⑵探索了多孔硅的制备，并研究了多孔硅在常温下的水解性能。实验结果表明，腐蚀时间为5小时的多孔硅在常温下水解1小时的制氢产量为20.5mL/g；提高温度和在水解溶液中添加适量酒精可以提高多孔硅的水解产氢量，在65℃时，多孔硅在酒精与水的混合溶液中水解制氢产量可达37.5mL/g。⑶研究了硅在KOH溶液中的水解制氢性能。实验结果显示，硅在KOH溶液中的水解制氢产量规律随KOH的量和浓度都是先升高后降低，在摩尔比Si：KOH=1：2，KOH的浓度为15wt%时，硅在常温下水解1小时的水解制氢产量可以达到85%。值得一提的是，当摩尔比Si：KOH=1：0.5时，Si-3mol%LiBH4复合物常温下在浓度为10wt%的KOH溶液中水解1小时的水解制氢产率为72.5%，远高于未掺杂LiBH4的硅，这可能是LiBH4的水解与硅的水解发生了协同作用，使得复合物较硅的水解制氢产量提升了100%。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 能源

1.2 氢能与氢经济

1.3 氢能的应用

1.4 制氢技术研究现状

第二章 文献综述及问题的提出

2.1 合金化

2.2 增大硅的比表面积

2.3 改变水解溶液的环境

2.4 掺杂添加剂

2.5 问题的提出和本文的研究内容

第三章 实验方法

3.1 复合物制备

3.2 制氢性能研究

3.3 材料组织和微观结构分析

第四章 硅及其复合物在水中的水解制氢性能

4.1 引言

4.2 硅及其球磨后的水解制氢性能

4.3 添加LiH对硅水解制氢性能的影响

4.4 添加LiBH4对硅水解制氢性能的影响

4.5 添加NiCl2对Si/LiH(LiBH4)复合物水解制氢性能的影响

4.6 本章小结

第五章 多孔硅的水解制氢性能的研究

5.1 多孔硅的水解性能

5.2 本章小结

第六章 硅及其复合物在KOH溶液中水解制氢性能的研究

6.1 引言

6.2 硅单质在KOH溶液中的水解制氢性能

6.3 硅与氢化物的二元复合物在KOH溶液中的水解性能

6.4 硅-氢化物-盐三元复合物在KOH溶液中的水解性能

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读学位期间发表的学术论文和专利