碳基过渡金属复合材料制备及其催化LiAlH4放氢性能研究

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由于LiAlH4储氢含量高达10.6 wt%,被认为是一种最具应用前景的固态储氢材料。但其放氢温度较高,动力学性能较差和可逆性不佳等缺点制约了其实际应用。研究发现,通过掺杂可以有效地改善LiAlH4的放氢性能。为了系统探究掺杂对LiAlH4放氢性能的影响,本文制备了一系列碳负载过渡金属材料,并掺杂至LiAlH4中,通过对其储氢性能研究,得出以下结论:(1)通过水热合成法制备了碳材料负载纳米金属Ni(Ni/C),利用机械球磨的方法将其与LiAlH4进行混合。脱氢实验结果发现添加5 wt%Ni/C的样品在47℃开始放氢,300℃时放氢量达到7.0 wt%。等温脱附实验表明,该体系在150℃下,1 h内放氢4.5 wt%,且前两步反应放氢活化能分别为60.44 kJ/mol和90.54 kJ/mol,有效地改善了LiAlH4的动力学性能。(2)采用水热合成法制备了碳材料负载纳米金属Ni、Co(NiCo/C),采用机械球磨将NiCo/C掺杂至LiAlH4,发现LiAlH4-5 wt%NiCo/C放氢温度降低至53℃,放氢量为6.5 wt%。等温放氢实验结果表明,该体系在150℃下,1 h内可放氢2.9 wt%,其前两步放氢反应活化能分别为44.87 kJ/mol和80.63 kJ/mol,比纯的LiAlH4分别降低了71.33 kJ/mol和52.37 kJ/mol。(3)运用机械球磨法将NiFe2O4和多层碳纳米管复合,得到NiFe2O4/MWCNTs。氢气脱附实验结果显示,LiAlH4-5 wt%NiFe2O4/MWCNTs体系放氢温度为78℃,300℃可放氢6.9 wt%;等温脱附测试表明,LiAlH4-5 wt%NiFe2O4/MWCNTs体系在150℃,1 h内放氢约3.6 wt%,动力学性能比纯LiAlH4有了进一步改善。通过DSC测试并对该体系的活化能进行计算,前两步放氢反应活化能分别为46.53 kJ/mol和105.46 kJ/mol,比纯LiAlH4前两步反应的活化能分别下降了73.67 kJ/mol和27.54kJ/mol。
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