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共掺杂及介孔硅负载NaAIH_4储氢性能研究

作　者: 闫霞艳
导　师: 桑革
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 核燃料循环与材料
关键词: 储氢材料 NaAlH4 动力学性能循环性能
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为一种新型储氢体系,铝氢类配位氢化物储氢材料由于其高的质量储氢密度和体积储氢密度吸引了人们广泛的研究兴趣。动力学性能差及可逆条件苛刻是限制该类储氢材料广泛应用的最大“瓶颈”。本文以NaAlH4为研究对象,采用共掺杂多孔材料(活性炭AC,介孔硅SBA-15)和TiF3以及介孔硅负载NaAlH4两种方法改善体系的储氢性能,分别研究了NaAlH4+TiF3+AC和NaAlH4/SBA-15两种复合储氢材料的吸放氢动力学性能以及循环稳定性能。采用高能球磨法制备了多孔材料和TiF3共掺杂NaAlH4复合储氢材料。通过对NaAlH4+TiF3+AC和NaAlH4+TiF3+SBA-15的放氢动力学以及循环稳定性能对比得知,共掺杂AC后样品的储氢性能更为优良。共掺杂AC后样品的前两步放氢起始温度为126℃和175℃,与共掺杂SBA-15相比,分别降低了24℃和15℃；且样品在4次循环中显示有良好的循环稳定性,在160℃和真空下放氢240min,可逆储氢量达4.8wt%。结合再氢化动力学性能以及XRD、SEM分析得知,共掺杂AC抑制了球磨及循环过程中NaAlH4的分解以及颗粒的长大,提高了有效储氢量,从而改善了NaAlH4+TiF3放氢性能以及循环稳定性能。进一步系统研究了NaAlH4+3mol%TiF3+10wt%AC复合储氢材料的放氢性能、再氢化性能以及CO毒化性能。研究结果表明：TiF3和AC对NaAlH4放氢-再氢化过程具有协同催化作用,样品在50℃下即可开始放氢,AC掺杂量为20wt%时,样品在130℃和9MPa下吸氢200min即可完成理论吸氢量的84%；掺杂AC一方面能够有效使含Ti相均匀分布在NaAlH4表面,从而改善了样品的放氢性能,另一方面能够抑制再氢化过程中颗粒的团聚,加快了NaH、Al等的迁移过程,从而显著改善了样品的再氢化性能。此外,对NaAlH4+TiF3+AC样品进行1%CO-H2毒化研究表明：随着循环的进行,样品吸放氢动力学降低,有效储氢量也逐渐降低,CO毒化程度加深。采用高温熔融法制备了介孔硅SBA-15负载NaAlH4储氢材料。研究结果表明：在不添加催化剂的情况下,NaAlH4/SBA-15可在160℃和真空下放氢,且在9MPa和130℃下实现了NaAlH4的放氢后再氢化反应;采用不同成分配比的NaAlH4负载于SBA-15上在160℃下测试其放氢动力学性能结果表明,质量分数从30%增加至70%,NaAlH4的放氢量先增加后减少,当质量分数为50%时,NaAlH4的放氢量达最大；NaAlH4/SBA-15的吸放氢动力学性能在吸放氢循环过程中后基本保持不变,显示出良好的可逆吸放氢稳定性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-21
  1.1 储氢材料  8-11
    1.1.1 储氢方式  8-9
    1.1.2 储氢技术面临的挑战  9-11
  1.2 配位氢化物储氢材料  11-14
    1.2.1 与储氢合金的区别  11
    1.2.2 分类  11-14
  1.3 NaAlH_4储氢材料  14-19
    1.3.1 晶体结构及性质  14-15
    1.3.2 制备方法  15-16
    1.3.3 NaAlH_4催化储氢性能研究进展  16-19
  1.4 论文主要工作及技术路线  19-21
第二章实验测试方法  21-24
  2.1 吸放氢性能测试  21-22
    2.1.1 动力学测试装置  21
    2.1.2 差热-热重分析(DSC-TG)  21-22
  2.2 表征分析方法  22-24
    2.2.1 X射线衍射技术(XRD,X-ray diffraction technology)  22
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM,Scanning electron microscope)  22-23
    2.2.3 透射电子显微镜(TEM,Transmission electron microscopy)  23-24
第三章多孔材料和TiF_3共掺杂NaAlH_4储氢性能研究  24-32
  3.1 引言  24
  3.2 实验方法  24-25
  3.3 结果与讨论  25-31
    3.3.1 放氢性能研究  25-26
    3.3.2 吸放氢循环性能研究  26-31
  3.4 本章小结  31-32
第四章活性炭和TiF_3共掺杂NaAlH_4储氢性能研究  32-44
  4.1 引言  32
  4.2 实验方法  32-33
  4.3 结果与讨论  33-43
    4.3.1 放氢性能研究  33-38
    4.3.2 再氢化性能研究  38-41
    4.3.3 CO毒化对NaAlH_4+TiF_3+AC储氢性能的影响  41-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章 SBA-15负载NaAlH_4储氢性能研究  44-52
  5.1 引言  44
  5.2 实验方法  44-45
  5.3 结果与讨论  45-50
    5.3.1 介孔硅SBA-15结构表征  45-46
    5.3.2 NaAlH_4/SBA-15放氢动力学性能研究  46-47
    5.3.3 不同成分比对NaAlH_4/SBA-15放氢和再氢化性能影响  47-49
    5.3.4 NaAlH_4/SBA-15循环性能研究  49-50
    5.3.5 NaAlH_4/SBA-15的TEM表征  50
  5.4 本章小结  50-52
第六章实验结论及进一步工作建议  52-54
  6.1 实验结论  52-53
  6.2 进一步工作建议  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-60
附录  60

共掺杂及介孔硅负载NaAIH_4储氢性能研究

内容摘要

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