金属硼氢化物复合材料储氢性能研究

摘要

本文在全面阐述储氢材料研究与发展现状的基础上，主要围绕纳米催化、纳米限域等改性方法对金属硼氢化物LiBH4储氢性能的影响展开研究。球磨制备了纳米催化掺杂和多孔碳材料掺杂的复合储氢材料，采用浸渍的方法实现了多孔膨胀石墨对LiBH4的负载。并运用热重仪（TG）、差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）、物理吸附仪、压力-组成-温度仪（PCT）等多种表征方法对复合储氢材料进行表征，研究了纳米NiO、膨胀石墨及掺氮介孔碳材料对LiBH4储氢性能的影响。
　　纳米 NiO掺杂 LiBH4的研究表明：纳米催化剂的表面结构对催化剂的催化效果具有一定影响。掺杂纳米 NiO的 LiBH4在200℃就开始放氢，放氢温度得到有效降低，且脱氢速度随NiO掺杂量的增加而加快。当纳米NiO的掺杂量为30％时，380℃恒温1h就能放出7.14wt.%的氢。球磨时间和速度对脱氢速度、脱氢量的影响较小。
　　本文首次利用多孔膨胀石墨对LiBH4进行负载，通过对多孔膨胀石墨负载LiBH4（LiBH4/EG）复合储氢材料的制备和储氢性能研究发现。使用溶液浸渍的方法，可成功制备LiBH4/EG复合储氢材料。通过膨胀石墨负载，LiBH4的脱氢温度和动力学储氢性能均得到有效的提高。其脱氢温度较球磨后的纯LiBH4降低了100℃。当膨胀石墨中LiBH4的负载量为46.91wt.%时，在360℃、真空条件下1h内就能放氢8.4wt.%。使用物理吸附仪、X射线衍射仪（XRD）、热重（TG）、PCT、等离子体发射光谱仪（ICP）及扫描电子显微镜（SEM）对其进行表征，分析了其脱氢温度和脱氢动力学性能改善的原因。
　　本文首次使用含氮量为21.65 wt%的掺氮介孔碳材料对LiBH4进行改性，借助氮元素及纳米限域的协同作用改善 LiBH4的脱氢性能。掺氮介孔碳（NMC）和膨胀石墨相比具有更加小的孔道结构和更大的比表面积。采用球磨的方法制备了 LiBH4/掺氮介孔碳材料（LiBH4/NMC）的复合储氢材料。研究结果表明：NMC具有大的比表面积，达到448.25m2g-1，能与更多的 LiBH4进行表面相互作用，对促进 LiBH4放氢具有更好的效果，NMC能使LiBH4的开始脱氢温度降至100℃以下。LiBH4/NMC复合储氢材料在380oC条件下1h内放氢量达8.4wt.%。进一步研究了LiBH4/NMC复合储氢材料的循环性能，含碳40wt.%的LiBH4/NMC复合储氢材料，球磨速度为150rmp时，第二次放氢的放氢量较第一次显著降低。

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第一章 绪论

§1.1引言

§1.2储氢材料的发展现状

§1.3 LiBH4储氢性能研究现状与展望

§1.4总结

第二章 实验方法与表征

§2.1实验原材料与设备

§2.2 储氢材料的制备

§2.3 材料的表征

第三章 纳米NiO对LiBH4储氢材料放氢性能的影响

§3.1引言

§3.2实验过程

§3.3 结果与讨论

§3.4 本章小结

第四章 膨胀石墨负载LiBH4复合储氢材料脱氢性能研究

§4.1引言

§4.2 实验过程

§4.3 结果与讨论

§4.5本章小结

第五章 掺氮介孔碳材料对LiBH4储氢材料储氢性能的影响

§5.1引言

§5.2实验部分

§5.3结果与讨论

§5.5本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

硕士研究生阶段主要研究成果