新型復(fù)合納米儲氫材料的研制以及儲氫特性的研究

《新型復(fù)合納米儲氫材料的研制以及儲氫特性的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、摘要隨著化石能源資源日益枯竭，全球能源問題正在變得日趨嚴(yán)峻，開發(fā)和研究新能源和新能源技術(shù)己成為當(dāng)今世界最為重要的研究課題。20世紀(jì)90年代以來，氫能源以其清潔、能量密度高等特征而受到了世界的高度關(guān)注，有關(guān)氫的生產(chǎn)、利用和儲存的研究己成為能源領(lǐng)域的十分重要的課題。隨著嫌料電池在汽車和許多領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，規(guī)模儲氫技術(shù)已成為氫能源技術(shù)中魚待解決的瓶頸問題。儲氫材料儲氫和儲氫材料輔助壓縮儲氫是兩項非常重要的儲氫技術(shù)，技術(shù)的關(guān)鍵是高效的儲氫物質(zhì)。目前大量使用的儲氫合金由于儲氫容量太低、成本太高而難以滿足大規(guī)模氫儲

2、存技術(shù)的需要。因此探索和開發(fā)新型的儲氫材料對于解決氫的規(guī)模儲存、促進氫能源技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。本文對納米碳管(CNTs)采用表面修飾及金屬或合金納米粒子負載等方法，制得了一系列新型的納米復(fù)合儲氫材料，考察了這些材料在不同條件下的吸氫特性，采用FTIR、xRD、TEM、xPS及EDx等對新型系列吸氫材料進行了表征，并對這些材料的吸氫機理進行了初步的探索。我們考察了一系列CNTs表面修飾技術(shù)對其儲氫性能的影響，這些技術(shù)包括:惰性氣氛中的加熱處理、堿處理以及澳化處理等。結(jié)果表明:樣品經(jīng)飽和澳水90O

3、C澳化后比表面積和儲氫量都會增大;樣品與KBr/KOH按一定比例混合后熱處理，其比表面積和儲氫量也會增大，其中熱處理溫度是影響CNTs樣品儲氫容量的一個主要因素;且樣品在姚氣氛中熱處理要比在空氣中得到樣品的比表面積大一些。優(yōu)化組合表明:以飽和澳水、KBr/KOH和高溫?zé)崽幚砺?lián)合修飾的方法，可以有效地分散、剪切CNTS，增大樣品的比表面積。條件考察顯示:當(dāng)KBr/KOH/CNTs=4:4:1、熱處理溫度為650℃、保溫時間為Zh及保護氣體從流速為50(mI.min一，)時，樣品比表面積由80.33(m2一

4、，)提高到379.22(mZ一，)，在25.c、1淤a條件下，其儲氫量可由初始的0.17(Wt%)提高到1名(側(cè)%)。另外，我們發(fā)現(xiàn)常溫下CNTs儲氫等溫線有明顯的吸附滯后現(xiàn)象，即吸氫與脫氫等溫線在較高儲氫壓力(P/F護心.4)下不重合。采用有機溶膠法，我們制得了將Pd或Pd.Ni合金的納米粒子負載到CNTs上的納米復(fù)合材料，研究結(jié)果表明:這種納米復(fù)合材料表現(xiàn)出了非常好的儲氫性能，在25℃、IMPa條件下，含Pdo.5(Wt%)的樣品的儲氫率可達1.94(Wt%)，且在從氣氛下、20℃熱處理1h使其儲氫

5、量提高到2.08(wi%).當(dāng)Pd.Ni粒子同時負載到CNTs上時，復(fù)合材料儲氫量會進一步提高。當(dāng)計算量N評d>巧時會形成Pd一1合金且Nl/Pd=18時，合金負載分散情況最好.對于組成為PdNils(5.5胡沈%丫CNTs的復(fù)合材料在25oC、1.SMpa條件下儲氫量可達2.3(袱%)，高于目前報道的其他同類儲氫材料，且儲氫循環(huán)性也較好。我們嘗試用浸漬一HZ還原法將含有稀土元素的AB、型儲氫合金M入腸.55吻之(M=認Nd)負載于CNTS制備復(fù)合納米儲氫材料，儲氫結(jié)果表明:少量合金的負載就會使材料儲氫

6、量得到很大提高，在25OC、IMpa條件下，當(dāng)10(Wt%)的州囚腸聲no:伽=La.Nd)合金粒子負載到預(yù)處理后的CNTs時，儲氫量分別可提高到2.%(叭%)和2.8(wi%)，是單獨儲氫合金相同條件下儲氫量的三倍左右，且儲氫循環(huán)10周期后樣品的XRD譜圖沒有明顯變化，說明復(fù)合材料結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。另外，我們通過粗略計算發(fā)現(xiàn)幾種復(fù)合材料的儲氫量并不是金屬(合金)粒子和CNTs儲氫量簡單地加和，而應(yīng)歸功于兩者之間的協(xié)同效應(yīng)。采用XRD和TEM測定并觀察了復(fù)合材料Pd.N洲CNTs的晶相和金屬粒子分布情況，結(jié)

7、果表明，Pd一粒子粒徑約為3一5(nm)且高度分散。同時，XPS測試結(jié)果表明Pd和Ni元素均以零價態(tài)存在。對于復(fù)合材料MNi4，sno之伽=認Nd)/CNTs的xRD、TEM、XPS及EDX測試結(jié)果表明，各金屬元素均以零價態(tài)存在，兩種樣品中元素La:Ni:sn和Nd:Ni:sn的相對摩爾比分別為1:4.78:0.2和1:4.47:0.21，較接近LaNi48Sno:和NdN認聲n02兩種合金的組成比例。兩種合金的粒徑為30-50(In)，比常用儲氫合金粒徑(>l0”m)要小很多，且分散均勻。關(guān)于CNTs

8、儲氫機理，我們認為氫分子在碳管外壁、碳管內(nèi)部以及碳層形成的狹縫等三處位置都會有吸附作用，并參照文獻報道提出了四條可能途徑來描述和解釋氫原子插入CNTs的過程。XRD測試譜圖發(fā)現(xiàn)，吸附氫后CNTs樣品的(加2)晶面峰強度、峰形和晶面間距發(fā)生變化，而其它晶面峰的參數(shù)均無明顯變化，我們認為，CNTs儲氫時，除了管內(nèi)外吸附儲氫外，部分氫氣可能是以凝聚態(tài)的形式儲存在CNTs的(加2)晶面內(nèi)。關(guān)于金屬或合金負載的復(fù)合材料儲氫材料，由于金屬或合金粒子吸氫