AlH3储氢材料的改性研究

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近年,AlH3作为新型高性能储氢材料,由于具有较高的体积和重量储氢密度而受到广泛关注,但由于其存在放氢温度较高、动力学性能较差以及可逆再生极为苛刻等问题,限制了 AlH3的开发与应用。本论文工作针对以上问题,设计并制备了一系列添加不同添加剂的AlH3复合体系,研究了复合体系的相组成以及放氢性能。主要研究内容与结果如下:1,采用机械球磨方法,研究了分别添加1 mol%十六种稀土氧化物(REO)对α-AlH3材料微观组织以及放氢性能的影响。结果表明,添加Pr2O3复合体系的初始放氢温度的降低最大,降低了 55℃。但有效放氢量较少,为6.32 wt.%;添加Er2O3复合体系初始放氢温度的降低最小,与单独球磨α-AlH3材料相比几乎没有变化;添加CeO2的样品具有最优的综合性能,初始放氢温度降低了 26℃,可释放出的氢气总量为7.78 wt.%。2,详细研究了 α-AlH3+mCeO2(m=0.5,1,2,mol%)复合体系放氢性能以及CeO2作用机制。发现添加CeO2对α-AlH3的初始放氢温度的降低作用随着添加量的增加而增大。此外,添加CeO2明显提升了 α-AlH3体系的放氢动力学性能。添加0.5、1和2 mol%复合体系的放氢表观活化能分别为96.03、69.42和82.56 kJ/mol,均低于α-AlH3原料的放氢表观活化能(109.66 kJ/mol)。CeO2最佳添加量为1 mol%。CeO2的作用机制归因于α-AlH3与CeO2在放氢过程中发生反应生成的少量纳米级CeH2+x,丰富了 α-AlH3的放氢路径,而且CeH2+x颗粒弥散分布在α-AlH3材料的基体上,为氢的解离提供了更多活性位点,起到良好的催化放氢作用。3,研究了添加六种过渡金属氧化物(TiO2,V2O5,Cr2O3,MnO,Fe3O4,Co3O4)对α-AlH3体系放氢性能的影响,优选出了最佳的氧化物为TiO2。进而研究了TiO2添加量、球磨时间对α-AlH3+TiO2复合体系放氢性能的影响,优化出TiO2添加量1 wt.%、时间30 min的最佳工艺条件。进一步将TiO2与CeO2作为复合氧化物同时添加到α-AlH3中制备新的多元复合体系,研究了其放氢性能。发现添加TiO2+CeO2使α-AlH3具有更低的初始放氢温度,从62℃就开始放氢,比α-AlH3 原料降低了 78℃,比 α-AlH3+CeO2 体系降低了 52℃。
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