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氢经济已被确定为另一种替代不可持续的化石燃料为基础的经济。氢经济的发展需要以环保和经济的氢气生产技术为基础。使用铝或铝的复合材料与水反应来制取氢气被认为是一种很有前景的技术。本文采用高能球磨法制备的铝基复合材料——Al-Ce和Al-BiCl3复合材料是绿色环保可持续的制氢材料。这两种复合制氢材料是基于不同的活化机理。Al-Ce复合材料是利用了Ce强的还原性,在球磨过程中,铈可通过还原反应更有效的破坏阻隔铝与水反应的致密氧化层;其次,铈的存在可以使复合材料与水的反应产物为蓬松片状化合物,以确保制氢反应继续进行。Al-BiCl3复合材料是利用了氯化铋具有脆性和锋利的边缘,在球磨过程中它能将铝切割得更小,这将大大提高铝的水解速率;同时在这个过程中会发生铝与氯化铋的置换反应,单质铝置换出单质铋,这样铝和铋之间能形成微电池,加快铝的水解。在此理论基础上,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X光电子能谱(XPS)、X-射线粉末衍射(XRD)、比表面积和孔径分布分析仪(BET)等技术手段对复合材料的结构、形貌和制氢性能等方面进行了系统的表征,所得结果如下:(1)Al-Ce复合材料。铝表面被致密惰性的氧化铝包裹而不能直接与水接触反应产生氢气。而通过Ce活化的Al可以直接与纯水在中性条件下快速反应产生氢气,60分钟内产氢量为1134mL/g,转化率为92.42%。添加Ce对提高Al的制氢活性起到了关键作用。另外,球磨时间和不同添加物(NaCl和KCl)对铝铈复合材料制氢的活性有重要影响。延长球磨时间可提高Ce分散性和降低Al材料的平均粒径,从而提高材料的制氢性能。不同的添加物不仅能促进铈的分散、减小粒径、增大表面积,而且能阻止反应产物的沉积加速材料的反应,如Al-5wt%Ce-10wt%KCl的产氢量为1101mL/g,转化率达到93.86%。(2)Al-BiCl3复合材料。在这个体系中,我们将铝与氯化铋按照不同的质量比混合球磨。由于氯化铋具有脆性和锋利的边缘,在球磨过程中它能将铝切割得更小,这将大大提高铝的水解速率。同时在这个过程中会发生铝与氯化铋的置换反应,单质铝置换出单质铋,这样铝和铋之间会形成微电池,促进铝的水解。由于这两个因素的影响,Al-BiCl3复合制氢材料即使在低温下也具有很强的水解制氢性能。其中Al-10wt%BiCl3的产氢量为1201mL/g,转化率达到98.20%。另外,球磨时间和不同添加物(NaCl和NaBH4)对Al-BiCl3复合制氢材料的活性有很大的影响。随着球磨时间的延长,铝和氯化铋之间置换的更充分,同时提高了铋的分散性,降低了材料的平均粒径,从而提高复合材料的制氢性能。不同的添加物不仅能促进铈的分散、减小粒径、增大表面积,而且能阻止反应产物的沉积加速材料的水解反应,如Al-5wt%BiCl3-5wt%NaBH4的产氢量为1351mL/g,转化率达到99.93%。