鋁基微-納米復(fù)合水解制氫材料的制備及其性能的研究.pdf

1、氫經(jīng)濟(jì)已被確定為另一種替代不可持續(xù)的化石燃料為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)。氫經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要以環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的氫氣生產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)。使用鋁或鋁的復(fù)合材料與水反應(yīng)來制取氫氣被認(rèn)為是一種很有前景的技術(shù)。本文采用高能球磨法制備的鋁基復(fù)合材料--Al-Ce和Al-BiCl3復(fù)合材料是綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的制氫材料。這兩種復(fù)合制氫材料是基于不同的活化機(jī)理。Al-Ce復(fù)合材料是利用了Ce強(qiáng)的還原性，在球磨過程中，鈰可通過還原反應(yīng)更有效的破壞阻隔鋁與水反應(yīng)的致密氧化層；其次，鈰的

2、存在可以使復(fù)合材料與水的反應(yīng)產(chǎn)物為蓬松片狀化合物，以確保制氫反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。Al-BiCl3復(fù)合材料是利用了氯化鉍具有脆性和鋒利的邊緣，在球磨過程中它能將鋁切割得更小，這將大大提高鋁的水解速率；同時(shí)在這個(gè)過程中會發(fā)生鋁與氯化鉍的置換反應(yīng)，單質(zhì)鋁置換出單質(zhì)鉍，這樣鋁和鉍之間能形成微電池，加快鋁的水解。在此理論基礎(chǔ)上，利用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X光電子能譜(XPS)、X-射線粉末衍射(XRD)、比表面積和孔徑分布分析儀(BET)等技術(shù)

3、手段對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和制氫性能等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的表征，所得結(jié)果如下：
　　 (1)Al-Ce復(fù)合材料。鋁表面被致密惰性的氧化鋁包裹而不能直接與水接觸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。而通過Ce活化的Al可以直接與純水在中性條件下快速反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，60分鐘內(nèi)產(chǎn)氫量為1134mL/g，轉(zhuǎn)化率為92.42％。添加Ce對提高Al的制氫活性起到了關(guān)鍵作用。另外，球磨時(shí)間和不同添加物(NaCl和KCl)對鋁鈰復(fù)合材料制氫的活性有重要影響。延長球磨時(shí)間可提

4、高Ce分散性和降低Al材料的平均粒徑，從而提高材料的制氫性能。不同的添加物不僅能促進(jìn)鈰的分散、減小粒徑、增大表面積，而且能阻止反應(yīng)產(chǎn)物的沉積加速材料的反應(yīng)，如Al-5wt％Ce-10wt％KCl的產(chǎn)氫量為1101mL/g，轉(zhuǎn)化率達(dá)到93.86％。
　　 (2)Al-BiCl3復(fù)合材料。在這個(gè)體系中，我們將鋁與氯化鉍按照不同的質(zhì)量比混合球磨。由于氯化鉍具有脆性和鋒利的邊緣，在球磨過程中它能將鋁切割得更小，這將大大提高鋁的水解速率。

5、同時(shí)在這個(gè)過程中會發(fā)生鋁與氯化鉍的置換反應(yīng)，單質(zhì)鋁置換出單質(zhì)鉍，這樣鋁和鉍之間會形成微電池，促進(jìn)鋁的水解。由于這兩個(gè)因素的影響，Al-BiCl3復(fù)合制氫材料即使在低溫下也具有很強(qiáng)的水解制氫性能。其中Al-10wt％BiCl3的產(chǎn)氫量為1201mL/g，轉(zhuǎn)化率達(dá)到98.20％。另外，球磨時(shí)間和不同添加物(NaCl和NaBH4)對Al-BiCl3復(fù)合制氫材料的活性有很大的影響。隨著球磨時(shí)間的延長，鋁和氯化鉍之間置換的更充分，同時(shí)提高了鉍的分