改性納米Fe-,3-O-,4-儲氫材料的制備及其儲氫性能研究.pdf

1、用鐵氧化物做儲氫材料，其儲氫原理是利用它氧化還原反應，思路如下：儲氫：Fe3O4+4H2→3Fe+4H2O(初始狀態(tài)為：Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O)放氫：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2與傳統(tǒng)儲氫方式相比，該儲氫方法簡單、安全、環(huán)境友好、成本低、儲氫過程可逆。理論儲氫總量達到4.8wt.％，接近IEA儲氫標準(～5 wt％或50kgH2/m3)。
　　 本文通過水熱法制備粒徑均一、高分散的四氧化三鐵微球，分別研究了

2、還原劑的用量、沉淀劑的種類、分散劑的種類對形成四氧化三鐵微球的形貌、尺寸、分散性的影響。通過XRD、SEM、EDS、BET、TEM等表征手段，對不同反應時間的樣品進行微觀結(jié)構(gòu)表征，提出了高分散的四氧化三鐵微球的形成機理。
　　 研究結(jié)果表明：當還原劑為抗壞血酸，增加其的用量從0.003mol至0.005mol時，所得產(chǎn)物為FeCO3，減少其用量從0.003mol至0.001mol時，所得產(chǎn)物為Fe2O3；當尿素為沉淀劑時，可使發(fā)

3、生沉淀反應的體系中pH保持在一個相對穩(wěn)定的區(qū)間(pH=9-11)，這對于形成四氧化三鐵微球的四面體亞單元結(jié)構(gòu)有重要的作用；通過監(jiān)測不同反應時段的產(chǎn)物，認為四面體微球的形成機理符合Ostwald ripening，并用取向生長理論解釋了四面體亞單元的生長機理。
　　 討論了一種花簇狀四氧化三鐵的制備方法，通過比較其與市售氧化鐵的儲氫性能，認為以該花簇狀化合物為基體的儲氫材料性能極佳。以不同金屬(Zr,Al，Mo，Ce等)可溶鹽作為

4、添加劑，采用水熱法和浸漬法對花簇狀四氧化三鐵進行改性。通過循環(huán)儲氫性能測試，研究材料的儲氫性能，優(yōu)化改性材料組成。利用BET比表面積、SEM、XRD等表征手段，研究了不同改性材料儲放氫前后發(fā)生的微觀變化對材料儲氫性能的影響。
　　 研究結(jié)果表明：通過一系列儲氫性能測試，這種花簇狀納米結(jié)構(gòu)四氧化三鐵在循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)儲氫量，以及循環(huán)反應速率等方面均優(yōu)于市售氧化鐵粉末，所以用這種花簇狀納米結(jié)構(gòu)四氧化三鐵儲氫做為基體材料進行改性研究；

5、Fe3O4-Al在水熱制各的材料中改性效果最為明顯，放氫溫度＜270℃，峰溫穩(wěn)定在290℃，300℃時的放氫速率均大于400μmol·min-1·Fe·g-1，放氫反應速度快，在150分鐘內(nèi)結(jié)束；推測了Fe3O4-Al的改性機理，認為Al的加入提高了材料的抗燒結(jié)能力能有效的抑制活性Fe顆粒之間的固-固反應，同時Al2O3與Fe3O4(Fe)之間沒有發(fā)生固-固反應，兩種顆粒之間存在著微小的間隙，這種結(jié)構(gòu)使水蒸氣可以快速的通過新生成的Fe3

6、O4與Al2O3之間的間隙與內(nèi)部的活性鐵反應。這就使得單位時間內(nèi)與Fe反應的水蒸氣的量增多，在單位時間產(chǎn)生的氫氣量增多，即氫氣的產(chǎn)生速率加快。
　　 Fe3O4'-Mo在浸漬法制備的材料中改性效果最為明顯，峰溫穩(wěn)定在313℃，放氫溫度較低穩(wěn)定在286℃附近，300℃放氫速率穩(wěn)定在420μmol·min-1·Fe·g-1以上。其循環(huán)儲氫量均穩(wěn)定在4.5wt％以上，四次循環(huán)分別為4.70 wt％，4.50 wt％，4.46 wt％，