络合氢化物Ti-NaAlH4的制备与储氢特性

采用Ti粉为催化剂前驱体、预处理Al粉和NaH为合成原料, 通过机械球磨-加氢方法合成出络合氢化物Ti-NaAlH4, 系统研究了球磨保护气氛、球磨时间和氢化加氢压力等制备参数对其储氢性能的影响. 结果表明, 制备方法对Ti-NaAlH4储氢特性有很大影响. 与氩气保护气氛相比, 在氢气气氛中球磨制备的复合物具有更高的吸放氢性能. 在氢气保护气氛下, 随着球磨时间从6 h增至24 h, 复合物的吸氢容量和吸氢速率先增后减, 12 h时达到最佳值, 而复合物的放氢容量和放氢速率则逐渐增高; 进一步延长球磨时间会使颗粒发生团聚, 从而导致吸氢性能下降. 随着氢化加氢压力从7.5 MPa升至13.5 MPa, 复合物的吸氢容量(质量分数)由2.83%逐渐增至4.21%. 复合物球磨后出现的Na3AlH6中间氢化物相表明, 在氢气下掺Ti球磨对NaH和Al的氢化反应起到很好的促进作用.     

掺Ti球磨NaH/Al复合物的微结构和储氢特性

本文采用机械球磨法制备了(NaH/Al)+x(摩尔分数, %)Ti(x=0, 4, 6, 10)复合物, 研究了不同球磨气氛和Ti催化剂含量对其微结构和储氢性能的影响, 使球磨(NaH/Al)体系储氢的容量达到质量分数为4.01%.     

Ti-Zr催化剂对NaH/A1复合物可逆储氢特性的影响

采用机械球磨(NaH/A1 Ti)和(NaH/A1 Ti-Zr)复合物的方法加氢制备了NaAIH4配位氢化物,系统研究了Ti、Ti-Zr催化剂以及不同加氢条件对其可逆储氢行为的影响.结果表明,对于NaH/A1体系的吸放氢性能,共掺金属Ti粉/Zr粉的催化作用比单独掺金属Ti粉的催化作用要好.随着加氢温度从85 ℃上升到140 ℃,体系的吸氢容量先增后减,并在120 ℃时达到最大值;同时,发现共掺Ti-Zr催化剂的复合物具有最佳的储氢性能,在120和85℃时的吸氢量分别为4.61％和3.52％(w),比仅掺Ti催化剂的复合物分别高出0.40％和0.70％(w)的吸氢量.随着加氢压力的增大,(NaH/A1 Ti-Zr)复合物的吸氢性能随之提高.XRD和DSC分析结果表明,NaA1H4体系的放氢过程明显发生两步分解反应,共掺Ti-Zr催化剂的复合物储氢性能优于单独掺Ti催化剂的原因是,共掺催化剂能有效改善NaA1H4体系吸放氢反应的动力学性能,并降低体系的放氢温度.     

镨、钕氢化物催化剂对NaH/Al复合物吸放氢性能的影响

采用NaH和Al为合成原料,镨、钕氢化物为催化剂,通过机械球磨(NaH/Al+6%(摩尔分数)RE-H)(RE=Pr,Nd)复合物的方法并加氢合成NaAlH4络合氢化物,系统研究了催化剂对其吸放氢性能的影响。结果表明,加入PrH2.92和NdH2.27能明显改善NaH/Al复合物的吸放氢动力学性能,有效降低NaAlH4的脱氢温度。(NaH/Al+6%PrH2.92)和(NaH/Al+6%NdH2.27)复合物的120℃吸氢容量分别为3.57%和3.61%(质量分数),170℃放氢容量分别为2.57%和2.95%;且两者均具有较好的吸放氢循环稳定性,但吸(放)氢后样品中均存在少量Na3AlH6相,表明样品的吸(放)氢反应进行得并不彻底,使得其实际吸放氢容量低于理论可逆储氢容量。研究表明,PrH2.92和NdH2.27在球磨、吸/放氢过程中始终稳态存在,起着催化储氢作用;(NaH/Al+6%PrH2.92)复合物的放氢活化能稍低于(NaH/Al+6%NdH2.27)复合物。     

KH添加对Na-Al-H配位氢化物可逆放氢性能的影响

以NaH粉和Al 粉为合成原料, 分别采用2% (摩尔分数, x) CeCl₃和2% CeCl₃/y% KH (y=0.02, 0.04)为催化添加剂, 在室温和3 MPa氢压下, 通过反应球磨(NaH/Al+CeCl₃)和(NaH/Al+CeCl₃/yKH) (y=0.02, 0.04)复合物成功制备出Na-Al-H 配位氢化物. 吸放氢性能测试结果表明, KH的加入能有效改善Na-Al-H 体系中第二步脱氢反应放氢动力学性能. (NaH/Al+CeCl₃/0.02KH)复合物170℃放氢时可在20 min内完成脱氢过程, 且在较低温度(100-140℃)下具有良好的可逆吸放氢性能. Kissenger 方法计算表明, 添加KH可降低Na-Al-H 体系第二步脱氢反应的表观活化能, 降低其放氢峰值温度. 相结构分析表明, KH的添加使Na-Al-H 体系中Na₃AlH₆的晶胞体积发生膨胀, 进而提高体系的第二步放氢动力学性能.     

化学计量比和放氢背压对LiBH4+xMg2NiH4体系放氢性能的影响

研究了不同化学计量比(x=0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.25)和放氢背压(1×10-4和0.4 MPa)对LiBH4+xMg2NiH4复合体系吸放氢性能的影响. 结果表明, 随着化学计量比(x)的增加, 复合体系的放氢温度逐渐降低, 放氢动力学性能得到提高, 但放氢容量逐渐降低; 其中, 在1×10-4和0.4 MPa初始放氢背压下, LiBH4+0.75Mg2NiH4体系具有最佳放氢动力学性能和较高的储氢容量. 结果表明, 放氢背压和化学计量比均会对高温下液相LiBH4 与固态Mg2NiH4 的润湿性产生影响, 进而影响复合体系的放氢路径和放氢动力学性能.     

LiAlH4与LiNH2的相互作用机理及储氢特性

将LiAlH4和LiNH2按摩尔比1：2进行球磨复合,随后将复合物进行加热放氢特性研究,然后对其完全放氢后的产物进行再吸氢特性研究。通过X射线衍射分析(XRD)、热分析(DSC)和红外 (FTIR)分析等测试手段对其反应过程进行了系统分析研究。研究结果表明,LiAlH4/2LiNH2加热放氢分为3个反应阶段,放氢后生成Li3AlN2,总放氢量达到8.65wt%。放氢生成的Li3AlN2在10MPaH2压力和400℃条件下,可以可逆吸氢5.0wt%,吸氢后的产物为 LiNH2 、AlN和LiH,而不能再生成LiAlH4。本文对LiAlH4/2LiNH2复合物放氢/再氢化过程机理进行了分析。     

Ti-Zr催化剂对NaH/Al复合物可逆储氢特性的影响

采用机械球磨(NaH/Al+Ti)和(NaH/Al+Ti-Zr)复合物的方法加氢制备了NaAlH4配位氢化物, 系统研究了Ti、Ti-Zr催化剂以及不同加氢条件对其可逆储氢行为的影响. 结果表明, 对于NaH/Al体系的吸放氢性能, 共掺金属Ti粉/Zr粉的催化作用比单独掺金属Ti粉的催化作用要好. 随着加氢温度从85 ℃上升到140 ℃, 体系的吸氢容量先增后减, 并在120 ℃时达到最大值; 同时, 发现共掺Ti-Zr催化剂的复合物具有最佳的储氢性能, 在120和85 ℃时的吸氢量分别为4.61%和3.52%(w), 比仅掺Ti 催化剂的复合物分别高出0.40%和0.70%(w)的吸氢量. 随着加氢压力的增大, (NaH/Al+Ti-Zr)复合物的吸氢性能随之提高. XRD和DSC分析结果表明, NaAlH4体系的放氢过程明显发生两步分解反应, 共掺Ti-Zr催化剂的复合物储氢性能优于单独掺Ti 催化剂的原因是, 共掺催化剂能有效改善NaAlH4体系吸放氢反应的动力学性能,并降低体系的放氢温度.