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本论文研究了铝/硼氢化钠体系的水解产氢行为。考察了Al/Na BH4体系的组分设计、水解温度、催化剂活性等因素对该体系水解性能的影响。通过XRD、SEM、IR、粒径分布等微观结构分析手段,对样品的物相、形貌、颗粒尺寸进行系统的研究,阐述Al/Na BH4体系的水解产氢机理以及催化剂对体系的催化机制。研究内容包括以下几方面:1.研究Al/Na BH4/Co/Na Al O2体系的水解产氢性能和产氢机理。通过改变Al/Na BH4质量比、Co含量、Na Al O2浓度等因素,优化Al/Na BH4/Co/Na Al O2体系水解性能。323 K时,0.1 g Al/0.3 g Na BH4/0.06 g Co/4 m L 0.4 M Na Al O2体系30 min内产氢率达98%;0.2 g Al/0.2 g Na BH4/0.06 g Co/4 m L 0.8 M Na Al O2体系30 min内产氢率为100%。0.2 g Al/0.2 g Na BH4/0.06 g nano Co/4 m L 0.4 M Na Al O2体系的水解活化能为53.3 k J mol-1,表明水解反应速率主要受化学反应控制;Al水解副产物Al(OH)3呈弱酸性,协同Co改善Na BH4水解性能;Na BO2·2H2O显碱性,促进Al(OH)3溶解,有利于金属Al继续水解;Na Al O2浓度增加有利于Al(OH)3溶解,促进Al持续水解;Al/Na BH4水解副产物之间的相互作用以及催化剂Co/Na Al O2的协同催化有效改善Al/Na BH4/Co/Na Al O2体系水解动力学性能。2.研究了固态Al-Li/Na BH4体系在Co Cl2溶液中的水解产氢性能。阐述Al-Li/Na BH4质量比,Li含量,Co Cl2浓度和水解温度等因素对Al-Li/Na BH4/Co Cl2体系水解性能的影响,通过XRD、SEM、IR和粒度分布等分析手段,讨论相关的水解产氢机制,并优化组分设计。303 K时,0.5 g Al-20 wt%Li/0.5 g Na BH4/5 m L 2.5 wt%Co Cl2体系水解产氢量为1674m L,产氢率为89%。阐明Li和Co Cl2协同改善Al/Na BH4体系水解性能的作用机制:1)金属Li自身水解产氢,提供额外氢源;2)金属Al与Li在球磨过程中发生合金化反应,形成Al-Li合金,有利于减小颗粒尺寸,增大颗粒比表面积,促进水解反应的进行;3)金属Li水解副产物Li OH呈碱性,改善体系中Al的水解动力学;4)Co Cl2与Na BH4反应生成高催化活性的Co2B,有利于改善Al/Na BH4体系的水解动力学;5)Al-Li/Na BH4体系中水解副产物Li Al2(OH)7·x H2O和Al(OH)3负载Co2B形成Na BH4水解的良好催化剂,改善Na BH4的水解性能。6)Co2B可作为阴极材料与阳极Al形成腐蚀电池,促进了Al的电化学腐蚀。3.探索了不同颗粒尺寸和含量的Co粉对Al-Li-Co/Na BH4体系水解产氢性能的催化作用。随Co含量增加和粒径减小,体系水解动力学明显改善。同等条件下,Al-Li-Co/Na BH4体系水解性能排序如下:Al-5wt%Li-50wt%nano Co/Na BH4体系>Al-5wt%Li-50wt%micro Co/Na BH4体系>Al-7.5wt%Li-25wt%nano Co/Na BH4体系>Al-7.5wt%Li-25wt%micro Co/Na BH4体系,其对应水解活化能逐渐递增,分别为41.8 k J mol-1,54.8 k J mol-1,62.5 k J mol-1,68.4 k J mol-1。Co含量增加和粒径减小,Al-Li-Co球磨产物中Al1.04Co0.94含量增加,粉末颗粒尺寸减小,有利于体系在水解过程中形成更多的微型腐蚀电池,加快Al的电化学腐蚀,改善Al水解动力学,同时形成Co/Al(OH)3催化剂,增强催化活性,改善Na BH4水解动力学。Al-Li-Co/Na BH4体系水解副产物具有很好的催化活性,但Co含量和颗粒尺寸不同,体系水解副产物催化活性的稳定性存在差异。四组体系水解副产物催化活性的稳定性排序:Al-7.5 wt%Li-25 wt%nano Co/Na BH4体系>Al-7.5 wt%Li-25 wt%micro Co/Na BH4体系>Al-5 wt%Li-50 wt%nano Co/Na BH4体系>Al-5 wt%Li-50 wt%micro Co/Na BH4体系。Al-Li-Co/Na BH4体系水解副产物的催化活性来自于Co/Al(OH)3/Li Al2(OH)7·2H2O混合物。相比副产物Li Al2(OH)7·2H2O的良好稳定性,Al(OH)3容易与Na BH4水解副产物Na BO2反应溶解,导致Co催化活性的降低。作为一种极具潜力的氢源材料,Al/Na BH4/Co/Na Al O2,Al-Li/Na BH4/Co Cl2和Al-Li-Co/Na BH4等体系与传统的Al和Na BH4碱性溶液水解体系相比,具有产氢密度高和成本低等优点,更适用于便携式燃料电池氢源。