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.     

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.     

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.     

3NaBH4/ErF3复合储氢材料的制备及吸放氢特性

采用高能球磨法制备了3NaBH4/ErF3复合储氢材料, 并研究了其相结构和储氢性能. X射线衍射(XRD)显示, NaBH4和ErF3在球磨过程中未发生反应; 同步热分析(TG-DSC)测试结果表明, 3NaBH4/ErF3体系在420℃开始放氢, 比相同测试条件下纯NaBH4的放氢温度降低了约100℃, 放氢量为3.06%(质量分数). 压力-成分-温度(Pressure-Composition-Temperature, PCT)性能测试结果显示, 3NaBH4/ErF3复合储氢材料在较低的温度(355~413℃)及平台氢压(<1 MPa)下即拥有良好的可逆吸放氢性能, 最高可逆吸氢量可达到2.78%(质量分数), 吸氢后体系重新生成了NaBH4相. 计算得吸氢焓变仅为-36.8 kJ/mol H2; 而放氢焓变为-180.8 kJ/mol H2. NaBH4在ErF3的作用下提高了热动力学性能, 并实现了可逆吸放氢.     

MAlH4(M=Li,Na)储氢材料*

氢能是一种新型的清洁能源,有望替代碳经济,而氢的储存是氢能应用的关键。近年来,研究集中在具有储氢容量高和可逆性好等优点的固态储氢材料上。许多新型储氢材料不断出现,其中以MAlH₄(M=Li, Na)为代表的金属复合氢化物体系被认为是最有前景的储氢材料之一。本文综述了MAlH₄(M=Li, Na)作为可逆储氢材料的研究现状,主要从吸放氢反应、储氢性能、反应机理、理论计算和存在的问题等方面进行了讨论,并指出其相关发展趋势。     

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。     

机械球磨固相化学反应制备AlH3及其放氢性能

以LiAlH4和AlCl3为原料,采用机械球磨固相化学反应方法制备了铝氢化合物,通过X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)和质谱(MS)分析等方法对反应产物进行分析和表征,研究了不同球磨时间(4、8、15和20 h)对LiAlH4+AlCl体系的固相反应转变规律合成产物和放氢性能的影响.研究结果表明,随球磨时间的增加,球磨固相反应按3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+3LiCl方向进行,形成了非晶态铝氢化合物AlH3,球磨20 h时反应基本完全.球磨产物的放氢动力学特性随球磨时间增加而改善,其放氢起始温度均低于100℃,最大放氢量达到2.6%-3.6%(H2)(w),接近反应体系的理论储氢量4.85%(H2)(w).球磨过程中反应产物形成LiCl·H2O以及少量AlH3发生分解是影响球磨产物最大放氢量的主要因素.     

机械球磨固相化学反应制备AlH3及其放氢性能

以LiAlH4和AlCl3为原料, 采用机械球磨固相化学反应方法制备了铝氢化合物, 通过X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)和质谱(MS)分析等方法对反应产物进行分析和表征, 研究了不同球磨时间(4、8、15和20 h)对LiAlH4+AlCl体系的固相反应转变规律﹑合成产物和放氢性能的影响. 研究结果表明, 随球磨时间的增加, 球磨固相反应按3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+3LiCl方向进行, 形成了非晶态铝氢化合物AlH3, 球磨20 h时反应基本完全. 球磨产物的放氢动力学特性随球磨时间增加而改善, 其放氢起始温度均低于100 ℃, 最大放氢量达到2.6%-3.6%(H2)(w), 接近反应体系的理论储氢量4.85%(H2)(w). 球磨过程中反应产物形成LiCl·H2O以及少量AlH3发生分解是影响球磨产物最大放氢量的主要因素.     

High-pressure DSC study on the hydriding and dehydriding of Mg/C nanocomposites

High-pressure DSC was applied to study the hydriding and dehydriding behavior of Mg 95 mass%–C 5 mass% composites, synthesized by ball milling with two different kinds of carbon additives (activated carbon derived from apricot stones AS and from bean pods BP) and magnesium with different particle sizes. The composites containing finer magnesium experience absorption capacity deterioration with hydriding/dehydriding cycling, but for the Mg–AS, this worsening is in lower degree compared to Mg–BP. The activated carbon derived from the AS, used for the composites preparation, has more pronounced positive effect on the hydrogen sorption characteristics of magnesium (with both finer and coarser particles), compared with the carbon derived from BP, due to its better protection of the Mg surface from oxidation and particles agglomeration during hydriding/dehydriding cycling.     

Exploration of the nature of active Ti species in metallic Ti-doped NaAlH4

Clarification of the nature of active Ti species has been a key challenge in developing Ti-doped NaAlH(4) as a potential hydrogen storage medium. Previously, it has been greatly hindered by the invisibility of Ti-containing species in conventional analysis techniques. In the present study, for the first time, the catalytically active Ti-containing species have been definitely identified by X-ray diffraction in the hydrides doped with metallic Ti. It was found that mechanical milling of a NaH/Al mixture or NaAlH(4) with metallic Ti powder resulted in the formation of nanocrystalline Ti hydrides. The variation of the preparation conditions during the doping process leads to a slight composition variation of the Ti hydrides. The catalytic enhancement arising upon doping the hydride with commercial TiH(2) was quite similar to that achieved in the hydrides doped with metallic Ti. Moreover, the cycling stability that was previously established in metallic Ti-doped hydrides was also observed in the hydrides doped with TiH(2). These results clearly demonstrate that the in situ formed Ti hydrides act as active species to catalyze the reversible dehydrogenation of NaAlH(4). The mechanism by which Ti hydrides catalyze the reversible de-/hydrogenation reactions of NaAlH(4) was discussed.     

MgH_2+20%(w)MgTiO_3复合材料的吸/放氢性能(英文)

为了降低MgH2的吸放氢温度,提高其吸放氢动力学性能,本文通过球磨方法制备了MgH2+20%(w)MgTiO3复合储氢材料,并研究了其储氢性能.X射线衍射(XRD)结果表明,MgTiO3在与MgH2球磨过程中生成Mg2TiO4和TiO2,并且Mg2TiO4和TiO2在体系的吸放氢过程中保持稳定,能够对MgH2的吸放氢过程产生催化作用.程序升温脱附和吸/放氢动力学测试结果表明,添加MgTiO3后MgH2的初始放氢温度从389°C降至249°C.150°C下的吸氢量从0.977%(w)提高到2.902%(w),350°C下的放氢量从2.319%(w)提高到3.653%(w).同时,MgH2放氢反应的活化能从116kJ·mol-1降至95.7kJ·mol-1.与MgH2相比,MgH2+20%(w)MgTiO3复合材料的热力学与动力学性能均有显著提高,这主要是由于球磨和放氢过程中原位生成的TiO2和Mg2TiO4具有良好的催化活性.     

Functional anion concept: effect of fluorine anion on hydrogen storage of sodium alanate

Doping NaAlH(4) with Ti-catalyst has produced a promising hydrogen storage system that can be reversibly operated at moderate temperature conditions. Of the various dopant precursors, TiCl(3) was well recognized due to its pronounced catalytic effect on the reversible dehydrogenation processes of sodium aluminium hydrides. Quite recently we experimentally found that TiF(3) was even better than TiCl(3) in terms of the critical hydrogen storage properties of the doped hydrides, in particular the dehydriding performance at Na(3)AlH(6)/NaH + Al step at moderate temperature. We present here the DFT calculation results of the TiF(3) or TiCl(3) doped Na(3)AlH(6). Our computational studies have demonstrated that F(-) and Cl(-) anions differ substantially from each other with regard to the state and function in the doped sodium aluminium hydride. In great contrast to the case of chloride doping where Cl(-) anion constitutes the "dead weight" NaCl, the fluoride doping results in a substitution of H(-) by F(-) anion in the hydride lattice and accordingly, a favorable thermodynamics adjustment. These results well explain the observed dehydriding performance associated with TiF(3)/TiCl(3)-doping. More significantly, the coupled computational and experimental efforts allow us to put forward a "functional anion" concept. This renews the current mechanism understanding in the catalytically enhanced sodium alanate.     

MgH2+20%(w)MgTiO3复合材料的吸/放氢性能

为了降低MgH₂的吸放氢温度, 提高其吸放氢动力学性能, 本文通过球磨方法制备了MgH₂+20%(w)MgTiO₃复合储氢材料, 并研究了其储氢性能. X射线衍射(XRD)结果表明, MgTiO₃在与MgH₂球磨过程中生成Mg₂TiO₄和TiO₂, 并且Mg₂TiO₄和TiO₂在体系的吸放氢过程中保持稳定, 能够对MgH₂的吸放氢过程产生催化作用. 程序升温脱附和吸/放氢动力学测试结果表明, 添加MgTiO₃后MgH₂的初始放氢温度从389 ℃降至249 ℃.150 ℃下的吸氢量从0.977%(w)提高到2.902%(w), 350 ℃下的放氢量从2.319%(w)提高到3.653%(w). 同时, MgH₂放氢反应的活化能从116 kJ·mol^-1降至95.7 kJ·mol^-1. 与MgH₂相比, MgH₂+20%(w) MgTiO₃复合材料的热力学与动力学性能均有显著提高, 这主要是由于球磨和放氢过程中原位生成的TiO₂和Mg₂TiO₄具有良好的催化活性.     

Untersuchungen an Hydriden im Bereich der η-Phase Ti4Fe2O

Alloys of titanium and iron with varying oxygen content in the above mentioned phase take up considerable amounts of hydrogen. It will be shown, that hydriding and dehydriding can be processed in a reversible way. The hydrides have been investigated by X-ray, metallography, and NMR. Susceptibility and vapour pressure measurements have been performed The arrangement of the hydrogen atoms in the host lattice will be discussed.