随着环境恶化,氢能作为一种无污染的能源正受到人们密切的关注,铝作为一种比能量高,储量丰富,性质活泼的金属,而且在热力学趋势上很容易与水发生反应生成氢气。铝作为制氢材料能有效解决氢能在运输和使用上的瓶颈,将大大降低氢能使用的成本。本文在全面综述了硼氢化物水解制氢、光电催化水解制氢,电解水制氢技术以及金属基材料水解制氢技术在国内外发展的基础上,选取了Al基材料作为本文的研究对象。研究了合金成分、水解温度以及碱浓度变化对合金水解性能的影响。采用X射线衍射仪以及金相显微镜等仪器分析合金的相结构及表面形貌,用CS310电化学测试仪测试合金的电化学腐蚀性能。合金成分对制氢性能的影响:不同Ni含量的添加对合金水解性能的研究发现,Al-Ni合金的水解制氢速率,随着Ni含量的增加而增加,在25%KOH溶液中,当Ni含量从零增加到4wt.%时,制氢反应速率从15.16mL·min-1·g-1迅速增加到27.71mL·min-1·g-1。结合XRD图谱和金相显微镜组织图可知,随着Ni含量的添加,Al合金中形成的Al3Ni衍射峰均匀分布在Al相周围,能有效破坏Al表面氧化膜的完整性,且随着Ni含量的添加,合金的组织得以细化且分布均匀,这都有利于合金制氢反应速率的增加。不同Fe含量的添加对合金水解性能的研究发现,Al-1wt.%Fe合金在Al-Fe系列合金中表现出最快的制氢反应速率和较好的制氢转化率。在25%KOH溶液中制氢反应速率为22.15m L·min-1·g-1,制氢转化率为98.1%,结合XRD图谱和金相显微镜组织图可知,这是因为Al-1wt.%Fe合金中Al3Fe衍射峰的形成,Al3Fe分布在合金的晶界位置,一方面在晶界处增加了Al与溶液的接触面积,另一方面Al3Fe与Al在局部形成了微型电池,能加快Al的腐蚀析氢,因而有利于制氢转化率和反应速率的提高。不同LaNi3含量的添加对合金水解性能的研究发现,Al-3wt.%LaNi3合金在Al-LaNi3系列合金中表现出最快的制氢反应速率和较好的制氢转化率。在25%KOH溶液中,其反应速率为19.0mL·min-1·g-1,制氢转化率为95.0%。结合XRD图谱和金相显微镜组织图可知,La Ni3分布在合金的晶界位置,在晶界处增加了Al与溶液的接触面积,因而有利于制氢转化率和反应速率的提高。碱浓度对制氢性能的影响:碱浓度的变化主要影响水解制氢的反应速率和反应时间,合金制氢反应速率随着碱溶液浓度的增加而增加。这是因为随着反应的进行OH-不断减少,使得与合金接触的OH-减少,减缓了铝的腐蚀析氢反应,碱浓度的提高,OH-增多,从而可直接加快合金的水解速率。研究认为碱液作为铝水解反应的催化剂也参加了铝的水解反应,与铝和水反应生成了中间产物KAl(OH)4,KAl(OH)4迅速分解为KOH和Al(OH)3,这也是决定铝水解反应动力学的第一步,所以碱浓度的提高能达到加速反应速率的目的。温度对制氢性能的影响:提高反应温度有助于提高铝水解制氢反应速率。温度的提高改善了铝水解反应的动力学性能,而且温度越高,改善越明显。由于合金的水解制氢反应本身就是一个放热反应,反应一旦开始,即会产生大量的热,使水解的环境温度不断升高。腐蚀电位对制氢的影响:对Al-Ni合金的电化学测试研究发现:随着Ni含量的添加,合金的腐蚀电位发生变化,由纯A1的-0.803VSCE,减小到Al-3wt.%Ni的-0.950VSCE而后又有所增加,对Al-Fe合金的电化学测试研究发现:Al-Fe合金的腐蚀电位先减小后增大,由纯Al的-0.803VSCE,减小到Al-1wt.%Fe的-0.982VSCE,而后由Al-3wt.%Fe的-0.890VSCE增加到Al-6wt.%Fe的-0.851VSCE。由于腐蚀电位越低,制氢反应速率越快,这说明适当的加入Ni、Fe作为第二相,可以减小合金的腐蚀电位,从而达到加快水解制氢速率的目的。