【摘 要】
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能源是人类生产和社会活动的基本保障,是人类赖以生存的根本之一。据报道,世界能源的消耗量将在下个世纪翻一番。但是以目前的煤炭、石油、天然气等化石能源的储量很难满足这一需求。在此背景下,由于极高的能量密度(7 kJ/mol H_2)、较高的H wt%(10.1%)和低温下快速放氢特性(<100°C),氢化铝(AlH_3)及其相关化合物构成了一类具有广阔应用前景的含能材料,在过去50年中推动了大量
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能源是人类生产和社会活动的基本保障,是人类赖以生存的根本之一。据报道,世界能源的消耗量将在下个世纪翻一番。但是以目前的煤炭、石油、天然气等化石能源的储量很难满足这一需求。在此背景下,由于极高的能量密度(7 kJ/mol H2)、较高的H wt%(10.1%)和低温下快速放氢特性(<100°C),氢化铝(AlH3)及其相关化合物构成了一类具有广阔应用前景的含能材料,在过去50年中推动了大量的科学和技术研究。然而,α-AlH3复杂危险的制备过程、昂贵的合成成本和较差的储存稳定性(即在室温下会缓慢分解成Al金属)一定程度上限制了其在实际中的应用。因而,改善这些问题具有重要的意义。本论文提出了一种工艺简单、低成本和高安全性的α-AlH3新制备方法-电化学法并确定了相关的工艺条件:电解液采用0.5 mol/L的NaAlH4的THF溶液,LiCl作为导电促进剂,阳极为Al片,阴极为Pt片,电源选用恒电位仪,电压设置为3.0 V,电流为0.1 A,温度为室温25℃,电解12 h得到了AlH3·THF。并采用三乙胺转换法在85℃条件下真空转晶2 h成功地制备出了α-AlH3。通过表征分析,电化学法合成的α-AlH3具有较高的纯度,已达到目前最优的合成方法(传统液相法)的水平;氢含量为9.0%,略高于传统液相法;分解温度在161℃左右,分解速度和释氢量接近与液相法接近。通过溶剂化AlH3与1,3,5-三甲基六氢-1,3,5-三嗪配体进行配位得到了AlH3·1,3,5-trimethylhexahydro-1s-triazine加合物。其合成方法简单,安全性高,稳定性远高于相关AlH3胺类加合物。同时,由于配体1,3,5-三甲基六氢-1,3,5-三嗪的高生成焓,AlH3·1,3,5-trimethylhexahydro-1s-triazine加合物的燃烧热高达37284.39kJ/kg,接近纯α-AlH3,为活性Al的1.4倍。点火燃烧火焰明亮且燃烧过程中会释放大量气体可有效提高推进剂的比冲。除此之外,AlH3·1,3,5-trimethylhexahydro-1s-triazine加合物可在120℃的条件下保持稳定,储存30 d未有明显分解。综合分析,AlH3·1,3,5-trimethylhexahydro-1s-triazine加合物具有优异的燃烧性能和较高的稳定性,未来有望实现在固体火箭推进剂等方面的应用。
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