碱土金属阳离子修饰LiNH2-LiBH4复合储氢材料的研究

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化石能源的无节制使用引发一系列环境问题,如今为解决环境污染和能源枯竭的全球难题,寻找可替代传统化石能源的绿色清洁能源成为了世界各国的研究重点,氢能以无污染和能量密度高等优点成为其中的有力竞争者。近年来,安全、高效的储氢技术越来越得到重视,轻金属配位氢化合物以其高含氢量备受关注。本文通过阳离子取代的方式对LiBH4-LiNH2复合体系做失稳改性研究,研究内容包括以下两个方面:(1)研究金属离子M对复合体系M(BH4n-LiNH2(M=Ca,Mg,Li)放氢性能的影响作用,通过TG-DTA-MS、活化能计算和XRD表征方法对其进行研究。TG显示Mg(BH42-4LiNH2和Ca(BH42-4LiNH2体系有效抑制了杂质气体的生成;从250℃到400℃,其DTA曲线均出现了两个明显的放热峰,而LiBH4-2LiNH2样品仅在359.29℃处出现一个强放热峰,说明三种样品的具体分解反应不同。MS显示,三种复合材料主要释放的气体是氢气和氨气。在200-350℃,同LiBH4-2LiNH2样品相比,Ca(BH42-4LiNH2和Mg(BH42-4LiNH2样品的分解反应活化能降低了约30%;而且,Ca(BH42-4LiNH2和Mg(BH42-4LiNH2样品的分解反应动力学机理不同于LiBH4-2LiNH2样品,即反应的动力学机理与M(BH4n-2n LiNH2体系中的金属元素M有关。XRD显示三种体系均在2θ=28.88,31.25和48.10处出现了明显的Li-N-B-H复合物衍射强峰,说明三种复合材料在球磨后生成的产物都以Li-N-B-H为主。虽然M(BH4n-2n LiNH2体系在球磨过程中生成的主产物成分与金属元素M无关,但是高电负性金属元素的替换极大地改善了M(BH4n-2n LiNH2体系的放氢性能。(2)探讨MgCl2/CaCl2-LiBH4-LiNH2三元体系作为新型储氢材料的可能。通过TG-DTA-MS测试结果对不同反应物比例的复合材料性能进行分析,确定MgCl2和CaCl2的最佳添加量分别是20 wt%和10 wt%,并对其热分解过程进行研究。XRD显示当加入的MgCl2/CaCl2较少时,球磨产物以Li-N-B-H复合物为主,随着MgCl2/CaCl2含量的增多,XRD图逐渐显示为Li Cl的强衍射峰,说明金属Li被Mg/Ca成功取代。FT-IR图显示球磨生成的新物质中仍保留原有LiBH4中[BH4-]和LiNH2中[NH2-]的结构;而且,2225、2292和2389 cm-1处出现的B-H键伸缩振动峰,随着MgCl2含量的升高,键强变弱,说明高电负性金属的介入弱化了B-H键,更有利于放氢。
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