Ti基催化劑的制備及其對MgH2和NaAlH4儲氫材料吸放氫性能的影響.pdf

1、以MgH2和NaAlH4為代表的輕質儲氫材料，具有較高的儲氫容量，是目前儲氫材料研究的熱點。但是較差的吸放氫熱力學性能和緩慢的吸放氫動力學性能嚴重阻礙了其實用化進程。為了降低MgH2和NaAlH4儲氫材料的吸放氫溫度，提高其吸放氫速率，改善可逆儲氫性能，本文系統(tǒng)研究了Ti3AlC2和Ti3C2的添加對MgH2和NaAlH4儲氫性能的影響，揭示了其作用機理。
　　研究了球磨后的MgH2-x wt％Ti3AlC2(x=1、3、5、7、

2、9)復合體系的儲氫性能及其機理。研究可知，復合體系的儲氫性能與Ti3AlC2的添加量有密切關系。添加7 wt％Ti3AlC2的樣品具有較好的儲氫性能，196℃開始放氫，隨溫至350℃時，放出6.9 wt％氫氣。在300℃的等溫條件下，5 min內放氫量達到5.8 wt％，放氫速率為3.47 wt％min-1，是同等條件下原始MgH2的16.5倍。MgH2-7wt％Ti3AlC2的放氫產物在50 bar氫壓下隨溫至200℃時吸氫6.8 w

3、t％，在200℃等溫下可在1 min內吸氫6.3 wt％。熱力學與動力學結果表明，添加Ti3AlC2并不能改善體系的熱力學性能，但是能顯著降低復合體系的放氫反應活化能，改善其動力學性能。進一步XRD分析可知，放氫前后Ti3AlC2不與MgH2發(fā)生反應，結構沒有改變。
　　研究了Ti3C2的可控制備和球磨后的MgH2-x wt％Ti3C2(x=1、3、5、7)復合體系的儲氫性能及其作用機制。通過HF酸刻蝕剝離Ti3AlC2的方法制備

4、出二維層狀Ti3C2，將Ti3C2球磨添加入MgH2，其催化效果優(yōu)于Ti3AlC2，MgH2-5 wt％Ti3C2樣品的放氫溫度得到明顯的降低，185℃開始放氫，比原始MgH2降低了93℃，300℃等溫條件下，1 min內放出氫氣6.2 wt％。吸氫測試表明，MgH2-5 wt％Ti3C2樣品放氫產物在50 bar氫壓室溫下可以緩慢吸收氫氣，在150℃低溫下可快速氫化，30s內吸氫量達到6.1 wt％，且復合體系經過10個循環(huán)的吸氫容量

5、保持率仍有95％。動力學研究表明，添加Ti3C2的樣品的放氫活化能為98.9 kJ mol-1，比原始MgH2降低了36％。進一步XRD和XPS測試發(fā)現，Ti3C2與MgH2在球磨過程中發(fā)生氧化還原反應，原位生成納米級的單質Ti，在MgH2體系中起主要催化作用，從而促進復合體系的儲氫性能的改善。
　　研究了Ti3C2添加對NaAlH4吸放氫性能的影響及其作用機理。研究發(fā)現，NaAlH4-xwt％Ti3C2(x=1、3、5、7、10

6、)復合體系在球磨過程中放出氫氣，一部分NaAlH4分解生成Na3AlH6和Al。Ti3C2添加可降低NaAlH4放氫溫度，在140℃等溫條件下，NaAlH4-7 wt％Ti3C2復合體系在60 min內即可快速放出4.4 wt％的氫氣，而原始NaAlH4在同等溫度下幾乎不放氫。NaAlH4-7 wt％Ti3C2的放氫產物在100 bar氫壓50℃低溫下即可發(fā)生氫化反應，隨溫至150℃時實現完全氫化，吸收量為4.9 wt％，經過10個循環(huán)