轻质镁基储氢材料的高效催化改性研究

借助储氢性能测试仪和Netzsch STA 449F3型同步热分析仪研究催化改性Mg2FeH6体系的放氢特性。程序升温放氢实验和等温放氢实验结果表明,添加了TiMn2、TiAl或Ti的Mg2FeH6样品和未添加催化剂的Mg2FeH6样品放氢反应动力学特征相似,反应速率有所提高,但不明显,放氢温度提前27℃左右。且催化性能TiMn2最好,纯Ti其次,TiAl较差。     

镁基能源材料研究进展

作为最轻的金属结构材料,Mg合金在轻量化方面已经得到了越来越多的应用.Mg具有较低的电极电位及储氢量较大的特点使得Mg在能源材料方面发挥越来越重要的作用.综述了Mg作为储氢材料和电池材料的研究进展,着重介绍了Mg基储氢材料的性能改善、制备方法等,同时对Mg二次电池和燃料电池体系进行了简要介绍.此外,还较详细地介绍了具有高容量储氢性能的Mg基复杂氢化物的研究现状及结果.     

高压复合储氢罐用储氢材料的研究进展

氢能因来源广、无污染、热值高等特点成为解决能源问题的重要方案。随着燃料电池技术的发展,氢能在车载方面的应用得到进一步拓宽,但氢气的加注、存储问题成为限制氢能汽车发展的瓶颈之一。实现氢气安全高效的存储是氢能规模化应用的关键。目前主要的储氢方式有高压气态、低温液态、固态。通过增加氢气压力和提高容器材料的比强度,可有效提高气态储氢系统的质量储氢密度,但由于气体分子间作用力的影响,高压气态储氢的体积储氢密度较低。同时过高的氢压对安全储氢罐的设计和成本也是一大挑战。通过加压、降温液化氢气实现的液态储氢拥有理想的质量储氢密度和体积储氢密度,但保存液态氢对设备要求十分苛刻,且液化氢气所需能耗为氢燃烧热值的40%,得不偿失。固态储氢方式将氢以原子、离子的形式存储于氢化物中,因此固态储氢材料的体积储氢密度可观,且材料吸/放氢条件温和,安全性高,但固态储氢材料的质量储氢密度不占优势。高压复合储氢罐将高压储氢技术与固态储氢材料相结合,同时拥有气态储氢与固态储氢的优势,是实现安全高密度储氢的有效途径。通过气-固复合的储氢方式,可有效提升高压储氢罐的体积储氢密度,减小储氢罐体积,降低充氢压力,提高安全性。而发展在高压条件下具有良好充/放氢特性的储氢材料是提升高压复合储氢罐性能的关键。TiCr2基、ZrFe2基AB2型合金是主要的高压储氢合金,对它们的研究集中在通过利用不同原子半径、电子结构的合金元素进行A侧和/或B侧元素替代,实现对合金平台压、容量、吸放氢动力学性能的有效调控。但TiCr2基、ZrFe2基储氢合金的质量储氢密度仍然偏低,相比之下,NaAlH4与AlH3具有高的储氢密度,是潜在的高压储氢材料。通过纳米化、掺杂催化剂等手段能够有效降低NaAlH4的脱氢温度,提高其循环稳定性;通过球磨、改善溶剂等方法可提升AlH3的合成产率、改善其结晶性。本文简要介绍了高压复合储氢罐的原理及对高压储氢材料的主要性能要求,着重评述了间隙型储氢合金(TiCr2、ZrFe2)、铝基金属氢化物(NaAlH4、AlH3)两类高压储氢材料的结构、性能特点及研究进展。     

AMH4型金属络合物贮氢材料(NaAlH4)的研究进展

AMH4型(A=Li、Na、K;M=B、Al、Ga)金属络合物贮氢材料由于具备高的氢质量百分比,被认为是最具开发潜力的贮氢材料之一,重点阐述了NaAlH4的合成方法、添加催化剂的影响、吸放氢动力学性能分析的研究现状,并分析了NaAlH4材料的发展与应用中需解决的问题.     

配位氢化物储氢合金的研究现状

配位氢化物储氢合金是最近几年发展起来的新型储氢合金，和稀土系AB5型、AB2、镁基和Fe-Ti系储氢材料相比，配位氢化物储氢合金的储氢量要明显高于前者。针对目前研究较多的NaAlH4、LiAlH4、LiBH4和Li2NH储氢合金的研究现状进行了概述。     

NaAlH4空间约束体系的构建及其脱/加氢行为

配位氢化物具有较高的质量储氢密度,已成为国内外储氢材料的研究热点,但尚未解决的脱/加氢温度过高、速率慢和可逆性差等问题是制约其实际应用的主要原因.利用孔性材料的结构特点来构建纳米尺度的空间约束体系,可有效地改善配位氢化物的脱/加氢性能.以NaAlH4为例,介绍了孔性材料的制备和表面修饰,分析了配位氢化物/孔性介质空间约束体系的构建及其且兑/加氢行为.这种空间约束体系为改善配位氢化物的储氢性能提供了一条新途径.进一步构建配位氢化物/孔性介质/催化剂的空间约束体系,实现对配位氢化物的复合催化,将是今后努力的方向.     

配位氢化物储氢材料Mg（BH4）2的研究进展

Mg(BH4)2是一种新型配位氢化物储氢材料,因具有较高的质量储氢密度(14.8wt.%)和体积储氢密度(112g/L)而备受关注。本文系统概述了近年来有关Mg(BH4)2的诸多研究成果,主要包括Mg(BH4)2合成,晶体结构解析及其储氢性能的表征研究。在这些研究基础上,对该材料在储氢应用中可能涉及的动力学及热力学问题进行分析,同时预测该体系未来的研究方向和发展趋势。     

活性炭和TiF3共掺杂对NaAlH4放氢-再氢化性能的影响

采用高能球磨法制备了活性炭(AC)和TiF3共掺杂NaAlH4复合储氢材料,研究了TiF3和AC共掺杂NaAlH4后复合材料的吸/放氢性能。结果表明:共掺杂10%(质量分数)AC和3%(摩尔分数)TiF3明显降低了NaAlH4前两步放氢温度,且较单一掺杂而言,共掺杂AC和TiF3更有利于NaAlH4放氢温度的降低;160℃下NaAlH4+TiF3+AC样品在170 min内放氢5.0%(质量分数),完成理论放氢量的93%;4次吸放氢循环后NaAlH4+TiF3+AC依然具有良好的循环稳定性,在160℃、真空下起始放氢以及130℃、9 MPa起始吸氢条件下,NaAlH4可逆储氢量可达4.8%(质量分数)。     

NaAlH4体系中Ti催化剂催化机理研究进展

综述了国内外对于NaAlH4体系中Ti催化剂催化机理的最新研究,阐述了目前学术界存在的对于NaAlH4体系中Ti催化剂作用机理的2种不同观点:取代机理及氧化还原机理.列举了2种机理分别对应的中间产物并进行了分析.对于Ti添加NaAlH4体系的研究提出了一些不足之处以及改进方法.     

镁基储氢材料的研究进展与发展趋势

对近年来镁基储氢材料的研究开发概况、制备技术以及应用研究等方面进行了系统阐述,分析了影响镁基储氢材料储氢性能的主要因素,总结了采用机械合金化法、储氢合金组元部分替代、添加催化剂制成复合材料及表面改性等方法可以有效改善储氢性能,并对镁基储氢材料研究中存在的问题以及今后的发展方向进行了探讨与展望.     

A balance between catalysis and nanoconfinement towards enhanced hydrogen storage performance of NaAlH4

Owing to its favorable thermodynamics and high density,NaAlH4 has been widely regarded as a potential hydrogen storage material,but its practical application is hindered by the sluggish kinetics,high operating temperature and poor cycling stability.Here,taking advantage of Co-doped nanoporous carbon scaffolds as structural host,we develop a new strategy to balance the synergistic effect between the catalytic role of Co nanoparticles and the nanoconfinement role of porous carbon scaffolds via the controllable etching of Co nanoparticles towards enhanced hydrogen storage performance of NaAlH4.The etching of Co nanoparticles creates extra void spaces nearby catalytically active Co nanoparticles,which not only exerts the catalytic effect of Co nanoparticles,but also improves the nanoconfinement role in maintaining the cycling stability towards increased loading ratio and hence high systematic capacity.Induced by this balanced synergistic effect,the peak temperature for the dehydrogenation of NaAlH4 could be reduced to 164 ℃,97 ℃ lower than the bulk counterpart,even under an ultrahigh loading ratio of 67 ％,and more importantly,the reversible systematic hydrogen storage capacity could still reach 3.3 wt.％ after 5 cycles.This work opens up a new avenue to improve the hydrogen storage performance of various complex hydrides.     

Heterostructures Built in Metal Hydrides for Advanced Hydrogen Storage Reversibility

Hydrogen storage is a vital technology for developing on-board hydrogen fuel cells. While Mg(BH₄)₂ is widely regarded as a promising hydrogen storage material owing to its extremely high gravimetric and volumetric capacity, its poor reversibility poses a major bottleneck inhibiting its practical applications. Herein, a facile strategy to effectively improve the reversible hydrogen storage performance of Mg(BH₄)₂ via building heterostructures uniformly inside MgH₂ nanoparticles is reported. The in situ reaction between MgH₂ nanoparticles and B₂H₆ not only forms homogeneous heterostructures with controllable particle size but also simultaneously decreases the particle size of the MgH₂ nanoparticles inside, which effectively reduces the kinetic barrier that inhibits the reversible hydrogen storage in both Mg(BH₄)₂ and MgH₂. More importantly, density functional theory coupled with ab initio molecular dynamics calculations clearly demonstrates that MgH₂ in this heterostructure can act as a hydrogen pump, which drastically changes the enthalpy for the initial formation of B H bonds by breaking stable B B bonds from endothermic to exothermic and hence thermodynamically improves the reversibility of Mg(BH₄)₂. It is believed that building heterostructures provides a window of opportunity for discovering high-performance hydrogen storage materials for on-board applications.     

水解制氢材料研究进展

水解制氢是一种常温常压下的现场制氢方式。由于水解制氢材料氢含量高,储存容易,运输方便,安全可靠,一直受到研究者们的关注。本文综述了近年来水解制氢材料的总体发展情况,介绍了三类主要的水解制氢材料,包括硼氢化物(NaBH4, NH3·BH3)、金属(Mg, Al)以及金属氢化物(MgH2),对不同材料的制氢原理、主要问题、催化剂与材料设计进行了详细介绍,比较了不同体系的特点与制氢成本,并对水解制氢及水解制氢材料的现状和商业化面临的困难做了评价,最后对未来的发展方向进行了展望。     

氨硼烷水解制氢催化剂载体的研究进展

氢由于具有高效率和高功率密度而被认为是一种出色的清洁能源。化学储氢材料要求具有高的氢储存量。氨硼烷具有高氢含量(19.6%),且在普通贮存条件下稳定,被认为是有吸引力的储氢材料之一。由于氨硼烷在常温下不易放氢,故放氢催化剂成为氨硼烷放氢研究的核心技术和主要方向。金属催化剂可以显著提高水解放氢速度,是影响氨硼烷水解放氢的关键因素,但是金属颗粒催化剂一般都存在颗粒粒径生长过快、易团聚等缺点。为了解决这一问题,研究者选择不同的载体来分散催化剂,使催化剂金属分散在载体表面,防止团聚和过快增长,从而暴露更多活性位点,使催化氨硼烷放氢速率更快。文章将针对不同催化剂载体对氨硼烷水解的催化效果进行阐述。     

The release of hydrogen reaction of graphene modified NaAlH4

In this experiment, we prepared a better performance graphene, by using butyrolactone and flavanone, promoting the graphite into high quality graphene strip. The obtained graphene were used to catalyze the hydrogen released by NaAlH4. The result proved that 5 wt% doped butyrolactone treated graphite and 2 wt% doped flavanone-treated graphite are good catalyst in NaAlH4's decomposition process.     

Mg-Ti基bcc结构固溶体的制备与性能研究

采用机械合金化制备Mg70-xTi12+xNi12Mn6(x=8、16、24、32)合金,通过X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)、扫描电子显微镜(SEM)和压强-成分-温度(PCT)分析等方法对合金粉末进行分析和表征。结果表明,随着球磨时间的增加,合金中hcp相所对应的衍射峰减弱,衍射峰宽化,合金中固溶度以及合金化程度提高;当球磨时间为200h时,在合金Mg46Ti36Ni12Mn6和Mg38Ti44Ni12Mn6中出现具有bcc结构的固溶体,Mg70-xTi12+xNi12Mn6(x=8、16、24、32)合金的吸氢量分别为0.83%、0.68%、1.36%和0.41%(质量分数),根据DTA测试结果,Mg70-xTi12+xNi12Mn6(x=8、16、24、32)合金氢化物的第一个吸热峰位置分别为670、688、593和662K。在Mg46Ti36Ni12Mn6合金中添加5%(质量分数)的TiF3和Nb2O5混合球磨后,合金的吸氢量分别增加到了2.33%和2.36%(质量分数),TiF3和Nb2O5能有效地提高Mg-Ti基合金的贮氢性能。     

机械合金化制备镁系储氢材料的研究进展

机械合金化法是新近发展起来的制备镁系储氢材料的较佳工艺.综述了国内外采用该法制备镁系储氢材料的研究进展情况,报道了机械合金化法制备MgH4、Mg2Ni、多元镁基储氢合金、非晶态镁系储氢合金及纳米复合镁系储氢材料的最新研究成果,总结认为,机械合金化可以显著改善镁系储氢材料的动力学性能和电化学性能,提高储氢量.     

高容量储氢材料的研究进展

氢能是一种理想的二次能源.氢能开发和利用需要解决氢的制取、储存和利用3个问题,而氢的规模储运是现阶段氢能应用的瓶颈.氢的储存方法有高压气态储存、低温液态储存和固态储存等3种.固态储氢材料储氢是通过化学反应或物理吸附将氢气储存于固态材料中,其能量密度高且安全性好,被认为是最有发展前景的一种氖气储存方式.由轻元素构成的轻质高容量储氢材料,如硼氢化物、铝氢化物、氨摹氢化物等,理论储氢容量均达到5%(质量分数)以上,这为固态储氢材料与技术的突破带来了希望.新型储氢材料未来研究的重点将集中于高储氢容量、近室温操作、可控吸/放氢、长寿命的轻金属基氢化物材料与体系.     

Synthesis characterization and hydrogen absorption studies of the composite materials La2Mg17–x wt% LaNi5

The composite materials La2Mg17–x wt% LaNi5 have been synthesized with various values of x, and the hydrogenation behaviour of these materials has been extensively studied. The as-synthesized materials were activated by heating the materials at about 360±10°C temperature under a hydrogen pressure of 33 kg cm-2 for nearly 6 h. The maximum hydrogen storage capacity was found to be 5.3 wt% for the composite material La2Mg17–10 wt% LaNi5 at 400±10°C temperature. This is one of the very highest storage capacities known so far. The initial rate of hydrogen absorption of La2Mg17–10 wt% LaNi5 was found to be 20 cm3 g-1 min-1 (at 400±10°C temperature). In order to elucidate the influence of LaNi5 addition, which significantly accelerated the hydriding rate and hydrogen storage capacity of La2Mg17, structural–microstructural characterization and chemical analysis of the composite materials employing X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive analysis of X-rays techniques have been carried out.