以粉煤灰为原料制备ZSM-5沸石分子筛及其储氢性能

近年来,随着国内燃煤发电量的持续增长,作为燃煤电厂最主要的固体废弃物,粉煤灰的排放量也随着燃煤消耗的增长而急剧增加,引发了严峻的社会和环境问题。粉煤灰中的铝和硅元素含量很高,具有极高的提取价值。本文先对粉煤灰进行酸处理,除去粉煤灰中碱金属元素,提高硅铝比,之后采用水热合成法直接合成了高结晶度的ZSM-5沸石分子筛,此外还在水热合成时加入一定比例正硅酸乙酯(TEOS)后制备高硅铝比ZSM-5沸石分子筛,对二者在结构、结晶度和储氢性能方面进行了研究。结果表明,加TEOS后的ZSM-5的储氢性能比没有加TEOS的储氢量高,储氢量从0.584%增加到0.846%。     

不同构型石墨炔储氢性能的分子动力学比较研究

相关研究表明石墨炔是一种潜在的吸附储氢材料,然而石墨炔有不同的构型,不同构型石墨炔的储氢性能差异及原因尚未明晰。本研究基于分子动力学模拟,对α-GY、β-GY、γ-GY及GDY四种典型构型的石墨炔的吸氢性能进行了对比研究,分析了压力和温度对吸氢性能的影响,并剖析了吸氢性能差异的本质。研究发现β-GY和GDY两种构型的石墨炔吸氢性能在高压下优于其他两种构型,较低的温度有利于提高吸氢能力,而在较高压下提高压力对吸氢能力的影响不大;与石墨烯所要求高压相比,石墨炔在较低的压力下就可以实现高密度的氢气储存,例如α-GY在100 K的温度和0.5 MPa的压力下就可获得ω(H₂)=15.28的储氢密度,因此石墨炔有望成为一种性能更佳的吸附储氢材料。     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响.对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明:(1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内.(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定.(3)随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小.     

LaMg_(11)Zr+Ni合金电极电化学性能研究

以LaMg11Zr为母体合金,由机械合金化方法制备LaMg11Zr+200%N i合金,用X射线衍射(XRD)测定球磨时间对非晶相化的影响,20 h合金即可达到完全非晶态化,合金电极化学性能和循环寿命最好.     

铈添加对Ti16.5Cr20(V45Fe8.5)0.98Si2合金结构及储氢性能的影响

通过XRD,SEM,恒温等容储氢性能测试等方法,研究了Ce添加对Ti26.5Cr20(V45Fe8.5)0.98Si2Cex(x=0～2.0%(原子分数))合金结构及储氢性能的影响.结果表明,Ti16.5Cr20如(V45Fe8.5)0.98 Si2Cex(x=0～2.0%)合金为BCC和C14 Laves相双相合金,随合金中Ce添加量的增加,合金的晶格常数增大,而合金中C14 Laves相的含量减少.平衡压从0.233 MPa降低到0.167 MPa,合金的吸氢动力学性能得到改善,最大吸氢量也由3.08%增加至3.19%(质量分数),PCT曲线的平台斜率减小.合金的储氢性能的改善与Ce的加入抑制了部分C14 Laves相的析出,减少了合金中C14 Laves相的含量密切相关.     

La0.7-xNdxMg0.3Ni3.4Al0.1(x=0～0.4)储氢合金的相结构及电化学性能

采用真空烧结方式制备了AB3.5型La0.7-xNdxMg0.3Ni3.4Al0.1(x=0,0.1,0.2,0.3和0.4)储氢合金.XRD分析表明,所有合金均由LaNi5,La2Ni7和LaNi3三相组成.当Nd含量增加时,合金中的LaNi5和La2Ni7相含量有不同程度的增加,而LaNi3相相应减少.电化学性能测试表明,添加适量的Nd能改善合金电极的循环稳定性,其中La0.6Nd0.1Mg0.3Ni3.4Al0.1合金具有相对较好的综合性能,其最大放电容量达到322.4 mAh·g-1,循环50周的容量保持率(S50)达到89.98%.     

V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03M0.10 (M=Cr,Co, Fe,Nb, Ta)储氢合金的微结构及电化学性能

采用磁悬浮感应熔炼方法制备了V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03M0.10(M=Cr, Co, Fe, Nb, Ta)储氢电极合金, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子衍射能谱(EDS)分析和电化学测试等手段系统研究了添加元素M对合金微结构与电化学性能的影响. 结果表明, 所有合金均由BCC结构的V基固溶体主相和C14型Laves第二相组成, 且第二相沿主相晶界形成三维网状分布; Cr、Nb 和Ta元素主要分布在合金主相中, 而Co和Fe元素主要分布在第二相中. 电化学性能测试表明, 在V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03合金中掺加Cr、Co、Fe、Nb或Ta元素后, 虽然会降低最大放电容量, 但能有效抑制合金中V和Ti的腐蚀溶出, 提高电极充放电循环稳定性; 同时还能明显改善合金的高倍率放电性能. 相比之下, V2.1TiNi0.4Zr0.06Cu0.03Cr0.10合金具有最佳的综合电化学性能.     

Theoretical study of molecular hydrogen and spiltover hydrogen storage on two-dimensional covalent-organic frameworks

Molecular hydrogen and spiltover hydrogen storages on five two-dimensional （2D） covalent-organic frameworks （COFs） （PPy-COF, TP-COF, BTP-COF, COF-18 A, and HHTP-DPB COF） are investigated using the grand canonical Monte Carlo （GCMC） simulations and the density functional theory （DFT）, respectively. The GCMC simulated results show that HHTP-DPB COF has the best performance for hydrogen storage, followed by BTP-COF, TP-COF, COF-18 A, and PPy-COE However, their adsorption amounts at room temperature are all too low to meet the uptake target set by US Department of Energy （US-DOE） and enable practical applications. The effects of pore size, surface area, and isosteric heat of hydrogen on adsorption amount are considered, which indicate that these three factors are all the important factors for determining the H2 adsorption amount. The chemisorptions of spiltover hydrogen atoms on these five COFs represented by the cluster models are investigated using the DFT method. The saturation cluster models are constructed by considering all possible adsorption sites for these cluster models. The average binding energy of a hydrogen atom and the saturation hydrogen storage density are calculated. The large average binding energy indicates that the spillover process may pro- ceed smoothly and reversibly. The saturation hydrogen storage density is much larger than the physisorption uptake of H2 molecules at 298 K and 100 bar （1 bar = 105 Pa）, and is close to or exceeds the 2010 US-DOE target of 6 wt% for hydrogen storage. This suggests that the hydrogen storage capacities of these COFs by spillover may be significantly enhanced. Thus 2D COFs studied in this paper are suitable hydrogen storage media by spillover.     

碳纳米管和碳纳米管-四氢呋喃水合物的储氢特性

研究了单壁碳纳米管(SWNTs)干法储氢和碳纳米管(SWNTs)-四氢呋喃(THF)水合物法储氢的过程. 结果表明, 实验所用的SWNTs在16.5 MPa压力下, 温度为0.5 ℃时, 氢气的吸附存储量为0.75%(质量分数), 经浓酸处理后, 氢气的存储量可以达到1.15%, SWNTs-THF水合物法储氢量为0.37%, 与碳纳米管干法储氢相比, 储氢量有所降低.     

稀土材料应用简介

稀土材料具有优异的磁、光、电性能,不仅在传统材料领域,而且在现代高新技术领域中都有着广泛的应用。着重介绍了稀土材料开发、应用现状及研发的前景。