Nd2Fe14B等合金吸氢性能研究

早在1969年就发现第一代希土永磁材料SmCo_5,每摩尔能够吸2.5摩尔的氢原子。优质吸氢材料LaNi_5在1969年以后才发现的。第三代希土永磁材料Nd-Fe-B合金是否亦具有吸氢性能,磁性和吸氢性能之间是否存在一定的联系,是值得人们去关注的问题。本工作从Nd—Fe—B永磁材料中存在的主要物相着手来研究磁性材料的吸氢性能。     

热缓冲剂对稀土贮氢合金吸氢动力学的影响

以铜粉作为热缓冲剂添加到稀土贮氢合金粉中,应用动力学机理函数计算机拟合的方法,研究了ML(NiCoMnAlCu)5和Mm(NiCoMnAlCu)5(ML为富镧混合稀土金属,Mm为富铈混合稀土金属)在α+β相区恒温吸氢动力学.研究结果表明,当铜粉与贮氢合金粉达到一定比例时,能够消除热传导对吸氢动力学的影响.富铈稀土合金和富镧稀土合金吸氢均受氢在β相的内扩散控制,合金中随La/Ce比例的减小,吸氢速度加快.     

La-H化合物对LaMg2Ni合金中Mg2Ni相吸氢过程的影响

采用感应熔炼技术在Ar气氛保护下制备得到LaMg2Ni与Mg2Ni合金。X射线衍射(XRD)图表明LaMg2Ni合金在吸氢过程中分解为LaH3相和Mg2NiH4相,放氢过程中LaH3相转化为La3H7相。与Mg2Ni合金相比,LaMg2Ni合金显示出优良的吸氢动力学性能,这是由于镧氢化合物的存在及其在吸氢过程中所发生的相转变所造成的。LaMg2Ni合金280 s内吸氢即可达到最大储氢量的90%以上,而Mg2Ni合金则需要1200 s才能达到,且在相同温度下LaMg2Ni合金的吸氢反应速率常数大于Mg2Ni合金速率常数。镧氢化合物不仅有利于改善动力学性能,而且可以提高热力学性能。LaMg2Ni合金中的Mg2Ni相氢化反应焓与熵分别为-53.02 kJ.mol-1和84.96 J.K-1.mol-1(H2),这一数值小于单相Mg2Ni氢化反应焓与熵(-64.50 kJ.mol-1,-123.10 J.K-1.mol-1(H2))。压力-组成-温度(P-C-T)测试结果表明在603 K至523 K温度范围内,LaMg2Ni合金储氢容量保持稳定为1.95wt%左右,然而Mg2Ni合金的储氢容量则由4.09wt%衰减为3.13wt%,Mg2Ni合金的储氢容量在523K低温下仅为603 K时的76.5%,表明镧氢化合物能够改善Mg2Ni合金低温下的吸放氢性能。     

机械合金化Mg/MmNi5-x(CoAlMn)x复合储氢合金的组织结构与吸氢特性

运用Ｘ射线衍射、扫描电及粒度分析等方法表征了机械合金化制备Ｍｇ／ＭｎＮｉ５－ｘ（ＣｏＡｌＭｎ）ｘ复合储氢合金的结构,通过ＰＣＴ曲线研究了基储氢性能。结果表明,在适当的球磨条件下能够获得纳米晶结构的Ｍｇ／ＭｎＮｉ５－ｘ（ＣｏＡｌＭｎ）ｘ复合储氢合金,ＭｍＮｉ５－ｘ（ＣｏＡｌＭｎ）ｘ合金相彘,复合储氢合金的活化性能及储氢量有明显提高。此外,还考察了Ｍｇ含量对复合储氢合金的组织结构及储氢性能的影响。     

MgNi-x% TiNi0.5Mn0.5 (x＝10, 30, 50)贮氢合金的制备与电化学性能

用机械合金化法成功制备出MgNi和TiNi0.5Mn0.5合金, 并将不同质量的TiNi0.5Mn0.5与MgNi合金球磨复合10 h制备MgNi-x% TiNi0.5Mn0.5 (x＝10, 30, 50)合金. XRD结果表明球磨后几种合金均为非晶体, TiNi0.5Mn0.5均匀分散到MgNi合金主相中; 充放电结果表明MgNi-TiNi0.5Mn0.5复合合金的初始容量比纯MgNi合金(443.12 mAh/g)低, MgNi- 10% TiNi0.5Mn0.5首次放电容量是394.46 mAh/g, 但循环寿命有较大的改善, 50次循环后容量保持在232.57 mAh/g, 保持率达59%; 动电位扫描结果表明复合后合金电极抗腐蚀能力提高; 循环伏安法和电化学阻抗谱法研究结果表明: 复合后电极表面的电化学催化性能增强, H原子在合金电极内部的扩散阻抗减小.     

Mg/Mg1.8La0.2Ni纳米复合材料的吸放氢性能研究

应用高能球磨法制备Mg-x%Mg1.8La0.2Ni (x=10、20和30) 纳米复合储氢材料. X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)测试表明,该复合材料具有纳米晶和非晶态混合结构的性质,吸氢温度降低,较好的吸放氢动力学性能,在423K,2.5MPa氢压的条件下,50s内即可达到最大吸氢量.     

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。     

乙炔等离子体法制备超细Mg纳米颗粒及其吸放氢循环性能

采用乙炔等离子体蒸发Mg的方法成功制备了40 nm左右的超细Mg纳米颗粒. 通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)和吸放氢测试等方法对其微观结构和吸放氢循环性质进行了研究. 超细Mg纳米颗粒具有比普通Mg颗粒更大的比表面积, 氢扩散至颗粒内部所需距离更短, 因而大大提高了其吸放氢动力学性质. Mg纳米颗粒表面的C既减少了Mg的氧化, 又阻碍了吸放氢过程中Mg颗粒的长大. 这种超细结构的Mg纳米颗粒具有良好的循环性质, 30次循环后容量仍没有衰减.     

纳米镁储氢材料吸放氢动力学性能的研究进展

综述近十年来国内外有关纳米镁储氢材料吸放氢动力学的研究现状和发展趋势.众多研究表明,应用高能球磨法制备纳米镁复合储氢材料,并以过渡金属氧化物为催化剂,或者用ABx型储氢合金与镁复合,都能显著改善镁的吸放氢动力学性能.     

Ti,V, Nb掺杂MgH2储氢体系的放氢性能及微观机理

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法, 计算了过渡金属元素Ti, V, Nb掺杂MgH₂储氢体系的几何构型、能量与电子结构. 结果显示: Ti, V, Nb掺杂原子较Mg表现出更强的“亲氢性”, 掺杂原子在吸引周围H原子同时却削弱了体系中的H—Mg键强|掺杂体系相结构稳定性降低, 放氢性能提高, 且体系放氢能力按MgH₂-Ti, MgH₂-V, MgH₂-Nb顺序依次增强|放氢过程中, 掺杂原子与周围H原子所形成的氢化物团簇对改善体系放氢性能表现出主要的催化活性|掺杂元素改善MgH₂体系放氢性能的微观机理在于掺杂体系在费米能级附近能隙的变窄、低能级区成键电子数的减少以及H—Mg间相互作用的减弱.     

Li3N-LiNH2体系的循环放氢性能

以等物质的量比的Li3N和LiNH2为起始原料,采用高能球磨法制得了Li-N-H体系,并研究了该体系循环放氢性能衰减的主要原因。XRD及FTIR结果表明,Li3N-LiNH2体系经首周吸氢后转变为LiNH2与LiH,在之后的吸放氢循环中,可逆的吸放氢过程发生在LiNH2与Li2NH之间相的转变。放氢动力学结果表明,Li3N-LiNH2体系在280℃下首周放氢量达5.6wt%,100 min内完成总放氢量的86%。但在循环3周后,100 min内的放氢量衰减至初始的36%。SEM及BET结果表明,放氢量的衰减主要是由于样品的烧结所致,但可通过再次球磨使其循环放氢性能恢复。     

Al2O3/TiH2包覆粉体的制备及其释氢性能的研究

TiH2颗粒可以作为多孔铝的发泡剂[1,2]. Al2O3包覆TiH2颗粒与未包覆的TiH2颗粒相比, 可以起到控制(延迟)其发泡的作用, 提高泡沫铝材料的孔隙均匀性. 然而, 目前采用的包覆方法是将细小Al2O3粉通过机械研磨包覆在TiH2表面[3].本文尝试采用化学法制备Al2O3/TiH2包覆颗粒, 并研究其包覆的效果. 用化学法制备Al2O3/TiH2包覆颗粒, 并用其作为多孔铝制备中的发泡剂, 此项研究在国内外尚未见报道.     

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.     

Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用 Ⅰ.氢、氧的吸咐—脱附行为以及相互促进作用

本文采用程序升温脱附(TPD)技术研究了光沉积方法制备的Pt/TiO_2催化剂经过氧化、还原后氧、氢的脱附行为.光沉积过程中,Pt/TiO_2表面上可以生成大量的吸咐氢,在TPD中脱附;同时Pt/TiO_2表面上化学吸附的水在TPD过程中也可以分解释氢.氧化处理的Pt/TiO_2在TPD过程中于550～750K温区出现氧脱附峰,随着氧化温度升高,脱附峰位向高温移动,经实验证明,这种可脱附活泼氧物种的生成是由样品前身中留存氢引起的.还原处理的Pt/TiO_2在TPD过程中分别在300～600和大于600K出现两个氢脱附峰,认为是由于表面羟基和钛—氢(Ti~(4+)—H~-)物种的分解释氢引起的Pt/TiO_2上活泼氧物种的存在,增加了样品在室温条件下的吸氢量;在中温(473～573K)这种活泼氧物种则和氢发生反应,减少了TPD过程中的脱氢量;Pt/TiO_2在大于673K温度还原,可以消除活泼氧物种的影响.     

贮氢电极合金ZrCr_(0.4)Mn_(0.2)V_(0.1)Co_(0.1)Ni_(1.2)高温电化学性能的研究

研究了AB2型Laves相贮氢电极合金ZrCr0.4Mn0.2V0.1Co0.1Ni1.2在不同温度下的放电容量、活化、高倍率和自放电等电化学性能.实验表明:25℃下,合金电极经13次循环后其最大放电容量为336mAh/g,在70℃下,仅需4次循环就达到298mAh/g;该合金在70℃,300mA/g电流下的高倍率放电性能比25℃时提高了约16%,但自放电性能却从3%/d下降到17%/d,虽然温度升高,合金的循环性能有所下降,但还是相当稳定的.这主要是因为循环过程中合金表面形成的氧化膜阻碍了合金元素进一步溶解造成的.     

CoFeOx/MoO2准平行纳米阵列电极的析氢性能

利用CoFe层状双金属氢氧化物(CoFe LDH)准平行纳米片阵列作为载体前驱体,通过原位负载及煅烧方式,实现了含有氧空位的MoO₂纳米颗粒在纳米片阵列表面的生长。电化学研究结果表明,所得CoFeO_x/MoO₂纳米阵列电极具有高析氢反应(HER)催化活性。该电极在10和1 000 mA·cm^-2时的HER过电位分别为40和217 mV。在50 mA·cm^-2的电流密度下,该电极可以稳定运行125 h。     

Al 掺杂对Mg2Ni 合金的电子结构及贮氢性能的影响

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势(PW-PP)方法, 计算Mg_2-xAl_xNiH₄ (x=0, 0.125, 0.25)合金的晶胞体积、电子态密度、键序、电荷布居、生成焓, 分析原子间成键和结构的稳定性, 研究Al 部分替代Mg 对Mg₂Ni 合金及其氢化物的结构和储氢性能的影响. 结果表明: 随着Al 含量的增加, Mg₂Ni 合金晶胞体积减小, 不利于氢原子进入合金中, 导致合金的储氢容量降低. 在Mg_2-xAl_xNiH₄ (x=0, 0.125, 0.25)中, Mg-H和Al-H相互作用远小于Ni-H的相互作用, 随着Al 含量的增加, 氢化物生成焓减少以及Ni-H的相互作用减弱, 氢化物的结构稳定性降低, Al 部分替代Mg能有效改善Mg₂Ni 合金释氢动力学性能.     

室温离子液体催经“一锅法”合成3，4—二氢嘧啶—2—酮

利用室温离子作催化剂，芳香醛、尿素和乙酰乙酸乙酯或乙酰丙酮三组分缩合制备3，4－二氢嘧啶－2－酮衍生物，反应条件温和，反应时间短，且不需另加有机溶剂，考察了不同取代基对芳香醛、尿素和乙酰乙酯或乙酰丙酮三组分缩合反应的影响，还考察了不同的室温离子液体的催化性能，发现1－丁基－3－甲基咪唑六氟磷酸盐较1－丁基－3－甲基咪唑四氟硼酸盐的催化效果略好。     

球磨La2Mg17+x％Ni(x=50,100,150,200)复合贮氢合金的电化学性能研究

研究了球磨制备的La2 Mg17+x％Ni(x =50,100,150,200)复合贮氢合金的电化学性能.XRD分析表明:随着Ni含量的增加,复合合金的晶体结构逐渐转变为非晶结构.电化学测试显示:球磨制备的La2Mg17+x％Ni复合贮氢合金在首次循环后即可达最大放电比容量,合金具有较好的活化性能;复合合金的放电比容量也随Ni粉加入量的增加而增大.在经过60h球磨后制得的非晶态的La2 Mg17+ 200％ Ni复合贮氢合金,其303 K下放电比容量为353.1 mAh·g-1.电化学放电比容量的提高应归因于非晶结构的形成以及Ni粉对表面状态的改变.     

富锂层状正极材料Li2Mn1-xTixO3的合成及电化学性能

应用简单的高温固相烧结法合成了Ti掺杂改性的Li₂MnO₃材料。电子扫描显微镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱分析表明Ti元素取代Mn离子掺入到Li₂MnO₃晶格中,且掺杂能有效地抑制一次颗粒的团聚。电化学阻抗和恒流充放电测试结果表明,在2.0~4.6 V的电压窗口下,掺杂改性的样品Li₂Mn_0.9Ti_0.03O₃的首圈放电比容量达到209 mAh·g^-1,库仑效率为99.5%,循环40圈后容量保持率为94%;当电流密度增大到400 mA·g^-1时,掺杂改性的样品仍然可以放出120 mAh·g^-1比容量,远高于同等电流密度下未掺杂的Li₂MnO₃原粉的比容量（52 mAh·g^-1）。Ti掺杂可有效地改善Li₂MnO₃的循环稳定性和倍率性能,有利于促进该材料的商业化应用。