【摘 要】
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LiAlH4虽具有较高的理论含氢量(10.6 wt%),但存在放氢温度过高、放氢速率缓慢和可逆吸氢性能差等缺点,限制其作为储氢材料的实际应用。本文通过制备Ni/C、TiO2@C、NiTiO3三种掺杂剂,并系统研究了它们对LiAlH4放氢性能的影响,主要结论如下:(1)在室温下,采用自组装反应得到了含Ni的络合物,进一步结合高温热解制备得到了棒状Ni/C材料,通过机械球磨方式将Ni/C掺杂到LiAl
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51871065,51971068, U20A20237);
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LiAlH4虽具有较高的理论含氢量(10.6 wt%),但存在放氢温度过高、放氢速率缓慢和可逆吸氢性能差等缺点,限制其作为储氢材料的实际应用。本文通过制备Ni/C、TiO2@C、NiTiO3三种掺杂剂,并系统研究了它们对LiAlH4放氢性能的影响,主要结论如下:(1)在室温下,采用自组装反应得到了含Ni的络合物,进一步结合高温热解制备得到了棒状Ni/C材料,通过机械球磨方式将Ni/C掺杂到LiAlH4。放氢性能测试发现:掺杂6 wt%Ni/C的LiAlH4复合材料在68℃开始放氢,比纯LiAlH4的起始放氢温度降低了125℃;LiAlH4-6 wt%Ni/C体系在180℃、60 min内能放出4.88 wt%的H2,放氢量是同条件下纯LiAlH4放氢量的11.3倍。此外,LiAlH4-6 wt%Ni/C体系前两步放氢活化能分别降至74.49 k J/mol、69.92 k J/mol。通过XRD分析表明,非晶态的Ni/C可以作为LiAlH4的放氢反应的活性位点,从而改善LiAlH4的放氢性能。(2)采用溶剂热法制备得到花状TiO2@C材料,进一步通过球磨方式将其掺杂到LiAlH4。放氢性能测试表明LiAlH4-6 wt%TiO2@C体系在57℃开始放氢,比纯LiAlH4的起始放氢温度降低了136℃;在180℃的等温放氢测试中,LiAlH4-6 wt%TiO2@C体系在60 min能放出5.98 wt%H2,放氢量是同条件下纯LiAlH4的13.9倍。此外,LiAlH4-6 wt%TiO2@C体系前两步放氢的活化能分别降至45.84 k J/mol、62.31k J/mol。通过XRD分析表明,TiO2@C在球磨过程发生了非晶化转变,而非晶态的TiO2@C可以为LiAlH4的放氢反应提供活性位点,并增加H的扩散通道,从而提高LiAlH4的放氢性能。(3)首次将NiTiO3作为掺杂剂用于LiAlH4的放氢性能研究。放氢性能测试发现LiAlH4-6 wt%NiTiO3体系在72℃开始放氢,比纯LiAlH4的起始放氢温度降低了121℃;在180℃的等温放氢测试中,LiAlH4-6 wt%NiTiO3体系在60 min能放出4.86wt%H2,放氢量是同条件下纯LiAlH4的11.3倍。同时,LiAlH4-6 wt%NiTiO3体系前两步放氢的活化能分别降至71.56 k J/mol、122.49 k J/mol。经过XRD测试发现,球磨过程破坏了NiTiO3的稳定性,使NiTiO3发生了非晶化转变,而非晶态的NiTiO3可以为LiAlH4放氢反应产物的形核、生长提供活性位点和增加H的扩散通道,从而改善LiAlH4放氢性能。
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