NaAlH_4配位氢化物储氢材料的改性研究

【摘要】以NaAlH4为典型代表的轻金属配位氢化物具有较高的理论储氢量,是当今高容量储氢材料研究的热点之一,但其还存在吸放氢动力学缓慢、吸放氢温度高的缺陷。本文选择轻金属配位氢化物NaAlH4作为研究对象,在对其研究进展进行全面综述调研的基础上,通过添加KH或NaF的方法对CeCl3掺杂NaAlH4体系进行改性研究,并运用Sievert吸放氢性能测试技术以及X射线衍射(XRD)、差示扫描量热-热重(DSC/TG)、扫描电镜(SEM)等材料现代分析手段,详细考察了KH和NaF添加量对CeCl3掺杂NaAlH4体系储氢性能和微观结构的影响,并探究其改性机理。对(NaH/Al)-CeCl3/xKH复合物的制备、储氢性能和微观结构的研究结果表明：以NaH粉、A1粉为原料,CeCl3为掺杂剂,通过添加不同量的KH,在室温和3.0MPa左右氢气氛下,采用机械球磨NaH/Al-0.02CeCl3/xKH(x=0,0.02,0.04)能成功制备出掺杂NaAlH4。掺加KH能有效改善NaAlH4的放氢反应(特别是第二步放氢反应)动力学性能,且当KH的掺加量为2mol%时,其改善效果最为显著,其起始放氢温度为87℃,在170℃下20min内即可完成放氢(放氢量4.33wt%),并具有良好的循环稳定性。研究还发现,KH掺杂使Na3AlH6晶格发生膨胀,K+可部分取代Na3AlH6中的Na+形成Na3AlH6(0<x<3)固溶体,从而降低了放氢反应表观活化能和放氢温度,增大第二步放氢反应平台压,进而提高放氢反应动力学。动力学模型分析显示,0.98NaH/Al+0.02CeCl3/0.02KH复合物的第一步和第二步放氢反应均由二维相界面扩散模型控制。对(NaH/Al)-CeCl3/yNaF复合物的制备、储氢性能和微观结构的研究表明：以NaHH粉、A1粉为原料,以CeCl3为掺杂剂,通过添加不同量的NaF,在室温和3.0MPa左右氢气氛下,采用机械球磨NaH/Al+0.02CeCI3/yNaF(y=0.04,0.06,0.08)能成功制备出掺杂NaAlH4。掺加NaF能有效降低NaAlH4体系的放氢温度,且当NaF掺加量为6mo1%时,复合物体系具有最佳的放氢量(4.30wt%)和放氢动力学。微观结构分析未发现NaF掺杂体系中有含F相的存在,并且表面形貌并未发生明显变化,NaF掺杂改善机理仍有待进一步研究。对掺杂NaAlH4复合物放氢完成后进行抽真空操作发现有CeAl4出现,并发现CeAl4较CeH2表现更好的催化性能；最佳添加量2mol%KH和6mol%NaF掺杂入(NaH/Al)-0.02CeAl4体系中,能有效提高其放氢动力学和储氢容量,2.8min即可完成第一步放氢反应,20min内完成全部放氢反应,放氢量可达到4.9wt%以上。KH和NaF共掺能够降低CeAl4掺杂NaAlH4体系第一步和第二步放氢反应活化能,从而提高放氢反应动力学。
【作者】王顺葵；
【导师】肖学章；陈立新；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】配位氢化物；NaAlH4；KH；NaF；储氢性能；

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