低濕度條件下多晶氫化鋰的水解行為研究.pdf

1、已有的研究結(jié)果表明，LiH水解產(chǎn)物組成包括Li2O，LiOH和LiOH·H2O，它們由外向里形成LiOH·H2O/LiOH/Li2O/LiH水解層結(jié)構(gòu)。LiH的水解反應(yīng)普遍存在一種“拋物線-線性”(Paralinear)動力學行為，并且受H2O濃度、溫度、壓力等因素的影響，“層擴散控制”模型能較好地解釋了這些現(xiàn)象，但對一些“反常”的溫度和壓力效應(yīng)還沒法解釋，該模型是否適用于低水蒸氣濃度下的水解動力學還不清楚;另外對該模型中的關(guān)鍵產(chǎn)物、L

2、i2O的形成與水蒸汽濃度的關(guān)系及其對水解動力學的影響也未能充分了解。
　　本研究在實驗上采用重量法和拉曼光譜法對多晶氫化鋰在低濕度氬氣氣氛（H2O濃度范圍200μL·L-1～1200μL·L-1）中的水解動力學進行了測定。結(jié)果表明，恒定濕度下氫化鋰的水解速率曲線呈現(xiàn)從拋物線轉(zhuǎn)變到線性的“拋物線-線性”特征，對應(yīng)著不同的反應(yīng)階段和反應(yīng)產(chǎn)物，與“層擴散控制”模型的解釋相符。基于該模型推導(dǎo)出了理想情況下LiH水解的兩個階段的速率方程，以

3、其重量變化表達如下:
　　mg（t)={A(t+B)1/2+C（0≤t≤tc，拋物線）Et+F（t＞tc，線性）它是由拋物線和直線組合而成的分段函數(shù)，各參數(shù)均有明確的物理意義。用速率方程對實驗結(jié)果進行擬合得到了不同濕度下水解反應(yīng)中Li2O的穩(wěn)態(tài)厚度Hs和最終水解速率vx。擬合結(jié)果顯示，Hs隨著環(huán)境水濃度cw的增大而增大。雖然Hs的增大對于vs有負面影響，但vs仍然保持上升的趨勢，可見水濃度對于LiH水解動力學的影響要比Li2O厚度

4、的影響大得多。此外，根據(jù)速率方程得到的vsHs與cw成正比的關(guān)系得到了重量法數(shù)據(jù)的驗證，從而從實驗上驗證了“層擴散控制”模型對解釋低濕度條件下氫化鋰的水解動力學是有效的。同時，不同濕度條件下有一恒定Li2O厚度的結(jié)論也得到了拉曼光譜數(shù)據(jù)的驗證。
　　本研究還采用密度泛函理論模擬了LiH表面水分子的吸附及解離行為。計算結(jié)果表明，H2O分子以H2O→OH+H方式發(fā)生解離在熱力學上是不利的，有重新結(jié)合成H2O分子的傾向;而以H2O→O+