硼氫化鋅儲氫材料的制備與放氫性能研究

1、中圖分類號U D CT G l 3 9 ．73 1碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼 1 0 5 3 3硼氫化鋅儲氫材料的制備與放氫性能研究I n v e s t i g a t i o n o n t h e p r e p a r a t i o n a n d d e h y d r o g e n a t i o np r o p e r t i e so f Z n ( B H 4 ) 2 h y d r o g e n s t o r a

2、 g e m a t e r i a l作者姓名： 學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院( 系、所) ：指導(dǎo)教師：楊寶剛材料工程儲氫材料粉末冶金研究院 李松林教授論文答辯日期迦! 墨：區(qū)! I 答辯委員會主席中 南 大 學(xué)2 0 1 3 年5 月硼氫化鋅儲氫材料的制備與放氫性能研究摘要：氫能被譽為2 1 世紀(jì)的綠色新能源，開發(fā)中、低溫吸放氫的高儲氫密度材料是實現(xiàn)氫能大規(guī)模應(yīng)用的前提。Z n ( B t - h ) 2 具有脫氫溫度低和儲氫容量高的特

3、點，是一種很有潛力的儲氫材料。本文以N a B H 4和Z n C l 2 粉末為原料，分別采用化學(xué)法和機械球磨法制備Z n ( B H 4 ) 2儲氫材料，并表征了Z n ( B H 4 ) 2 結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，研究Z n ( B H 4 ) 2 放氫反應(yīng)機理及添加劑對其放氫性能的影響，闡明了多壁碳納米管( M W C N T s ) 對該體系的催化機理。最后，探討了Z n ( B H 4 ) 2 ．L i N H 2 復(fù)合體系的儲

4、氫性能。主要結(jié)論如下：化學(xué)法和機械球磨法均可合成Z n ( B I - h ) 2 儲氫材料，合成過程遵循如下反應(yīng)路徑：Z n C l 2 + 2 N a B H 4 - - * Z n ( B t - 1 4 ) 2 + 2 N a C l 。反應(yīng)原料N a B I - 1 4 和Z n C l 2 粉末經(jīng)2 h 高能球磨即可獲得Z n ( B H 4 ) 2 ，結(jié)果表明機械球磨法具有反應(yīng)周期短和工藝簡單等優(yōu)點。明確了Z n ( B

5、H 4 ) 2 的X R D 特征峰位集中在2 0 = 2 2 。，2 5 ～3 0 。和3 5 ～4 0 。。Z n ( B H 4 ) 2 儲氫材料的放氫反應(yīng)發(fā)生在5 0 ～l 5 0 ℃，主要的放氫反應(yīng)為：Z n ( B H 4 ) 2 - - o Z n + B 2 H 6 + H 2 。其中，脫氫時B 元素以硼烷的形式逸出造成該體系不可逆儲氫。研究了C o 、C r 、C e 0 2 、T i H 2 和多壁碳納米管對Z n

6、( B H 4 ) 2 放氫性能的影響，結(jié)果表明添加5 w t ．％M W C N T s 后Z n ( B H 4 ) 2 體系的放氫反應(yīng)在5 0 ～1 2 5 ℃進行，脫氫終了溫度降低了2 5 ℃，具有最好催化效果；添加5 w t ．％的C o 對Z n ( B H 4 ) 2 熱穩(wěn)定性有一定的改善作用，但絕大部分放氫反應(yīng)仍需加熱至1 0 0 ℃以上才能進行；C e 0 2 、T i H 2 和C r 對Z n ( B I - 1

7、4 ) 2 體系沒有明顯的催化作用。然而，M W C N T s 僅對Z n ( B H 4 ) 2體系脫氫溫度產(chǎn)生影響，并不能改變該材料的放氫反應(yīng)歷程。其催化機制是：①碳納米管具有較高的表面能，其有利于降低Z n ( B H 4 ) 2 放氫反應(yīng)焓變值；②碳納米管部分價電子可能參與Z n ( B H 4 ) 2 的放氫反應(yīng)；③碳納米管在球磨過程刺入Z n ( B I - 1 4 ) 2 顆粒形成微觀脫氫通道；④碳納米管具有潤滑作用，可

8、以阻止球磨產(chǎn)物發(fā)生嚴(yán)重團聚。Z n ( B H 4 ' ) 2 ．L i N H 2 復(fù)合體系在1 1 6 ℃和1 9 3 ℃時分別發(fā)生熔化和熱分解。隨著放氫溫度的升高，體系在1 5 0 ℃時放氣量為O ．0 1 5 m o l ／g ；在2 0 0 ℃時，材料的氣體逸出量增加至0 ．0 1 8 m o l ／g 。同時研究發(fā)現(xiàn)，提高放氫溫度對該體系的放氫動力學(xué)影響有限。循環(huán)吸氫實驗發(fā)現(xiàn)Z n ( B H 4 ) 2 ．L i