制氢与储氢材料及其应用研究

第1章绪论…………………………………………………………………l

引言……………………………………………………………………………1

1．1制氢材料…………………………………………………………………2

1．1．1氢的制取……………………………………………………………3

1．1．2水解制氢材料………………………………………………………4

1．2 NH，·BH，制氢性能……………………………………………………4

1．3 Nit，-BH，水解制氨机制………………………………………………8

1．4储氢材料………………………………………………………………¨

1．4．1储氢材料简介……………………………………………………ll

：L．4．2储氢材料的电化学储氢原理……………………………………13

：L 4．3储氢材料的气态储氢原理………………………………………14

1．5 Mg--Ni系储氢合金……………………………………………………17

1．6 RE--Mg系储氢合金……………………………………………………22

1．7制氢及镁基储氢材料未来的发展趋势………………………………26

第2章实验材料与方法………………………………………………“28

2．1实验试剂与仪器………………………………………………………28

2．1．1实验试剂…………………………………………………………28

2．1．2仪器设备…………………………………………………………28

2．2材料的制备与表征……………………………………………………29

2．2．1材料的制备………………………………………………………29

2．2．2粉末x射线衍射分析(XRD)……………………………………29

2．2．3扫描电镜分析(SEM)……………………………………………30

2．2．4透射电镜分析(TEM)……………………………………………30

2．2．5 x射线光电子能谱分析(XPS)…………………………………30

2．2．6傅里叶变换红外吸收光谱(FT—IR)………………………………30

2．2．7紫外可见吸收光谱(UV—vis)……………………………………31

2．2．8拉曼光谱分析(Raman)…………………………………………31

2．2．9热重分析(TGA)…………………………………………………3l

2．3催化水解制氢性能测试………………………………………………31

2．3．1反应速率的确定…………………………………………………32

2．3．2反应动力学性能测试……………………………………………32

2．3．3反应活化能的确定………………………………………………33

2．3．4催化剂循环性能测试……………………………………………34

2．4储氨性能测试…………………………………………………………34

2．4．1 PCT测试仪原理…………………………………………………34

2．4．2合金样品气态储氢性能测试……………………………………35

2．4．3合金样品电化学储氢性能测试…………………………………36

第3章制氢材料研究实例……………………………………………．．40

3．1杨梅果状Co@rGO对氨硼烷水解放氢性能的影响…………………40

3．1．1杨梅果状co@rGO的制备及结构表征…………………………40

3．1．2杨梅果状co@rG()催化NH。·BH，水解放氢性能研究……42

3．1_3杨梅果状co@rG()催化NH。·BH。水解放氢动力学性能…43

3．1_4杨梅果状co@rG()催化NH。·BH，水解放氢循环性能……47

3．2杨梅果状cI卜Mo@rGO的制备、结构表征及催化AB水解放氢性能

研究……………………………………………………………………50

3．2．1 杨梅果状c0一M。@rGO的制备…………………………………50

3．2．2 杨梅果状co—Mo@rGC)催化NH。·BH。水解放氢性能

研究………………………………………………………………51

3．2．3杨梅果状co。75Mo¨5@rG(]的结构表征………………………54

3．2．4杨梅果状co。，。Mo。。@rG()催化NH。·BH。水解放氢动力

学性能……………………………………………………………55

3．2．5杨梅果状co。；MoⅢ；@rG()催化NH。·BH。水解放氢循环

1生能………………………………………………………………57

3．3 PAMAM修饰Ag_Co的制备及催化NH，·BH。水解放氢性能

研究……………………………………………………………………60

3．3．1 Ag—co／PAMAM催化剂的制备…………………………………61

3．3．2 Ag—co／PAMAM催化NH。·BH。水解放氢性能……………62

3．3．3 Ag—C0／PAMAM催化剂的表征…………………………………64

3．3．4 Ag。Co。／PAMAM催化NH。·BH。水解反应机理分析……70

3．3．5 Ag。c。。／PAMAM催化NY【。·BH。水解放氢动力学

1生能………………………………………………………………71

3．3．6 Ag。Co。／PAMAM催化NH。·BH。水解放氢循环性能……74

3．4小结……………………………………………………………………76

第4章 Mg：Ni基气态储氢材料研究实例…………………………”78

4．1 Mg2Ni+xwt．％LaM~Ni(善=0、10、20和30)复合材料储氢性能的

研究……………………………………………………………………78

4．1．1 Mg2Ni+zwt．％LaMg2：Ni(z一0、10、20和：30)复合材料的微观

结构………………………………………………………………78

4．1．2 Mg2Ni+_zwt．％LaMg2 Ni(z—O、10、20和30)复合材料储氢热

力学性能…………………………………………………………81

4．1．3 Mg。N汁zwt．％LaMg2 Ni(z—O、10、20和30)复合材料储氢动

力学性能…………………………………………………………82

4．2 Mg2Ni+20 wt．％REM~Ni(RE=La、Pr和Nd)复合材料储氢性能

的研究…………………………………………………………………84

4．2．1 Mg2Ni+20 wt．％．REMg2Ni(RE—La、Pr和Nd)复合材料的

微观结构…………………………………………………………84

4．2．2 Mg：Ni+20 wt．％．REMg。Ni(RE—La、Pr和Nd)复合材料储

氢动力学性能……………………………………………………88

4．2．3 Mg2Ni+20 wt．％：REMg2Ni(RE—La、Pr和Nd)复合材料储

氢热力学性能……………………………………………………90

4．3 Ti和Nb的氢化物(_riH：和NbH)对MgzNi合金储氢性能的

影响……………………………………………………………………93

4．3．1 Mg2Ni+10 wt．％TMt{(TMH—TiH：和Nbl-I)复合材料的

微观结构…………………………………………………………93

4．3．2 Mg2Ni+10 wt．％TMH(TMt{一TiH2和NbH)复合材料的

储氢性能…………………………………………………………96

4．3．3 Ti和Nb的氢化物的作用………………………………………102

4．4 Ti和Nb的氮化物(TiN、NbN)对Mg：Ni合金储氢性能的影响……103

4．4．1 Mg2Ni+10 wt．％TMN(TMN—TiN和NbN)复合材料的

微观结构…………………………………………………………103

4．4．z Mg2Ni+10 wt．％TMI"4(TMN—TiN和NbN)复合材料的

储氢性能…………………………………………………………106

4．4．3 Ti和Nb的氮化物的作用机制…………………………………112

4．5小结…………………………………………………………………114

第5章ceMg，：型合金电化学储氢性能研究实例………………．．116

5．1球磨CeMg~：／Ni储氢合金微观结构及电化学性能…………………u6

5．1．1微观结构及相组成………………………………………………117

5．1．2电化学性能………………………………………………………118

5．2球磨CeMgl：／Ni／Tin储氢合金微观结构及电化学性能…………126

5．2．1微观结构及相组成分析…………………………………………126

5．2．2合金电化学储氢性能……………………………………………128

5．3小结……………………………………………………………………134

第6章 ceMg。：型合金微观结构及气态储氢性能………………．．136

6．1 CeMgl：／Ni合金微观结构及气态储氢性能…………………………136

6．1．1合金微观结构分析………………………………………………136

6．1．2合金材料气态吸／放氢性能……………………………………1 39

6．2 CeMg~：／Ni／TiF．台金微观结构及气态储氨性能…

…………………146

6．2．1合金材料微观结构分析…………………………………………146

6．2．2合金气态储氢性能分析…………………………………………150

6．3 CeMg~：／Ni厂NbF，合金微观结构及气态储氢性能…………………157

6．3．1合金材料微观结构分析…………………………………………157

6．3．2合金气态储氢性能分析…………………………………………161

6．3．3合金材料气态吸／放氢动力学性能……………………………164

6．4小结……………………………………………………………………1 68

参考文献……………………………………………………………………”170