储氢材料中金属作用机理的研究

作     者：杨敏建 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周仕学

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：镁 无烟煤 反应球磨法 储氢材料 催化 

摘      要：本文研究反应球磨法制备镁碳储氢材料，即在镁中添加金属催化剂和经预处理的无烟煤，经充氢球磨制得储氢材料。通过透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)，X射线衍射(XRD)、差式扫描量热分析(DSC)以及自行设计的排水装置等分析测试手段，着重研究了储氢材料中金属对其可磨性、粒度大小、储氢密度、吸放氢性能等的影响，在无烟煤的预处理过程中添加了Fe、Co、Ni三种金属，研究了所添加金属对材料储氢的影响，并在实验结果的基础上探讨了储氢材料中金属的作用机理。 通过研究球磨不同Mg含量的镁碳储氢材料发现，Mg含量在50wt％以上，物料在球磨过程中会产生粘附效应，且随着Mg含量的增加，这种粘附效应会增强;通过对材料储氢密度的测试发现，材料的储氢密度随着Mg含量的增加呈现一种先增大后减小的趋势，在Mg含量为60％时，储氢密度达到最大，如储氢材料60Mg40C的储氢密度为4.78wt％，60Mg(36C4Fe)的储氢密度为7.37wt％。 TEM分析显示，储氢材料50Mg40C10Al经2h的氢气气氛下球磨，其平均粒径就可达30～50nm;SAED分析显示，添加Al的储氢材料50Mg40C10Al和60Mg30C10Al都形成了纳米晶和非晶结构，而未添加Al的储氢材料85Mg15C在粒度上明显较大;XRD分析显示，储氢材料50Mg40C10Al经充氢球磨后生成了新相MgH。 通过对储氢材料中金属催化作用的研究发现，金属催化剂促进材料球磨过程中的快速吸氢，加快材料的放氢速度，降低材料的放氢温度，提高材料的储氢密度，促进无烟煤在预处理过程中类石墨微晶结构的形成。 金属催化剂对Mg-H体系的催化作用为，降低Mg-H氢化物的化学生成焓，使氢分子易于解离为氢原子;提供新的氢原子扩散通道，如界面、缺陷扩散，提高体相扩散速率;增加了材料的脆性，使之在吸放氢循环过程中不断形成新的表面，增大材料的比表面积。