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Li-N-H储氢材料的制备、表征及性能研究

作　者: 陈志
导　师: 杨化滨
学　校: 南开大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Li-N-H体系吸放氢性能循环性能表面改性亚磷酸三苯酯
分类号: TG139.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金属-氮-氢体系由于储氢量高、可逆性好、吸放氢条件温和等优点,被认为是一种理想的储氢材料。其中,Li3N-LiNH2体系是目前研究的热点。但其在吸放氢温度,动力学性能等方面仍有待进一步改善,而且有关该体系放氢性能的研究目前还鲜有报道。本文采用高能球磨法制备了Li3N-LiNH2材料,并采用XRT、SEM、TEM、BET、FT-IR、TPD、在线GC、气固吸放氢测试等多种分析手段对其吸放氢反应机理、放氢动力学性能以及循环衰减原因进行了研究,并采用添加亚磷酸三苯酯(TPP)对该体系进行了改性。采用高能球磨法制备了Li3N-LiNH2储氢材料,并对其放氢性能进行了研究。TPD放氢结果显示,该体系在175℃开始放氢,280℃放氢速率达到最快,至400℃放氢结束。该样品程序升温至280℃,最终放氢量可达5.6wt.%,两周后放氢量衰减至4.0wt.%。同时,在线GC检测结果表明,在此过程中没有氨气放出。PCT动力学测试表明：该样品在280℃下,50min时达到最大放氢速率0.096wt.%/min,100min内放氢量达到4.8wt.%,但循环两周后在100min内放氢量只有1.9wt.%,最大放氢速率不足0.03 wt.%/min。XRD和FTIR测试结合在线GC、SEM、BET等测试分析,证明了其循环放氢量衰减主要是由于在循环过程中的烧结及晶粒长大等原因造成的。为改善上述体系的循环放氢性能,本论文通过添加亚磷酸三苯酯对该体系进行了改性。XRD和SEM结果表明,亚磷酸三苯酯在球磨过程中起到了润滑剂和分散剂作用,提高了球磨效果,有效地防止了样品的烧结及晶粒长大。另外,在吸放氢循环过程中起到了保护剂和稳定剂作用,降低了样品的放氢温度,显著提高了样品的放氢动力学性能及循环稳定性。Li3N-LiNH2+20 wt.%TPP样品在130℃左右开始放氢,230℃放氢速率达到最快,至300℃放氢结束。PCT动力学测试表明：在230℃时,100min内放氢量达到4.wt.%,放氢循环二十周后动力学性能几乎没有下降,放氢量仍有4.0wt.%。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-32
  第一节研究背景及概况  11
  第二节金属氢化物储氢材料研究概况  11-12
  第三节配位氢化物储氢材料研究概况  12-14
  第四节金属氮氢化物储氢材料研究概况  14-26
  第五节本文的研究思路、研究内容和意义  26-27
  参考文献  27-32
第二章实验部分  32-38
  第一节实验药品  32
  第二节样品的制备  32-33
    2.2.1 Li_3N-LiNH_2样品的制备  32-33
    2.2.2 Li_3N-LiNH_2+xwt.%TPP(x=10,20,30)样品的制备  33
  第三节样品的性能测试和表征  33-37
    2.3.1 气固吸放氢性能测试的装置(PCT)  33-34
    2.3.2 样品的吸氢性能测试  34
    2.3.3 样品的放氢性能测试  34-35
    2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)测试  35
    2.3.5 在线气相色谱(GC)分析  35
    2.3.6 傅里叶红外(FT-IR)分析  35
    2.3.7 X射线衍射(XRD)分析  35-36
    2.3.8 比表面积(SSA)测试  36
    2.3.9 程序升温脱附(TPD)测试  36-37
  参考文献  37-38
第三章 Li_3N-LiNH_2体系的放氢性能研究  38-55
  第一节球磨10h Li_3N-LiNH_2样品的放氢性能  38-42
    3.1.1 Li_3N-LiNH_2样品的TPD测试  38-39
    3.1.2 Li_3N-LiNH_2样品在280℃放氢性能  39-41
    3.1.3 Li_3N-LiNH_2样品在230℃放氢性能  41-42
  第二节 Li_3N-LiNH_2样品的放氢反应历程  42-44
    3.2.1 Li_3N-LiNH_2样品的FTIR测试  42-43
    3.2.2 Li_3N-LiNH_2样品的XRD测试  43-44
  第三节 Li_3N-LiNH_2样品的放氢性能衰减原因探究  44-46
    3.3.1 Li_3N-LiNH_2样品放氢过程的在线GC检测  44-45
    3.3.2 Li_3N-LiNH_2样品的形貌及比表面积分析  45-46
  第四节 Li_3N-LiNH_2样品的放氢性能衰减原因验证  46-53
    3.4.1 样品1的放氢循环性能  46-47
    3.4.2 样品2的放氢循环性能  47-49
    3.4.3 样品3的放氢循环性能  49-51
    3.4.4 样品的形貌分析  51-53
  第五节本章小结  53-54
  参考文献  54-55
第四章 Li_3N-LiNH_2样品的改性研究  55-70
  第一节 Li_3N/LiNH_2+xwt.%TPP(x=10、20、30)的放氢性能研究  55-64
    4.1.1 Li_3N-LiNH_2+20wt.%TPP样品的TPD测试  55-56
    4.1.2 Li_3N/LiNH_2+xwt.%TPP(x=10、20、30)放氢性能  56-62
    4.1.3 Li_3N/LiNH_2+20wt.%TPP样品放氢循环性能  62-64
  第二节亚磷酸三苯酯改性原因分析  64-67
    4.2.1 Li_3N/LiNH_2+xwt.%TPP(x=10、20、30)体系物相分析  64-66
    4.2.2 Li_3N/LiNH_2+xwt.%TPP(x=10、20、30)体系形貌分析  66-67
  第四节本章小结  67-69
  参考文献  69-70
第五章结论  70-71
致谢  71-72
学期间的获奖情况及发表的学术论文  72
  硕士期间的获奖情况  72
  硕士期间发表的学术论文  72

Li-N-H储氢材料的制备、表征及性能研究

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