【摘 要】
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氢能作为一种清洁、高效、资源丰富的新能源,被认为是最具发展潜力的绿色能源,在能源转型过程中扮演着重要角色。在诸多的制氢方法当中,铝的水解制氢因具有低成本、高产氢量、氢气制备简单等优点,受到了研究者们的广泛关注。但是铝的表面易形成致密的Al2O3钝化层,严重阻碍了铝水解反应的进行。铝合金化处理是提高铝的活性以实现高效水解制氢的有效方法之一。本研究利用CALPHAD方法进行了合金成分的设计,通过气雾化
【基金项目】
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国家自然科学基金（51771158）
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氢能作为一种清洁、高效、资源丰富的新能源,被认为是最具发展潜力的绿色能源,在能源转型过程中扮演着重要角色。在诸多的制氢方法当中,铝的水解制氢因具有低成本、高产氢量、氢气制备简单等优点,受到了研究者们的广泛关注。但是铝的表面易形成致密的Al2O3钝化层,严重阻碍了铝水解反应的进行。铝合金化处理是提高铝的活性以实现高效水解制氢的有效方法之一。本研究利用CALPHAD方法进行了合金成分的设计,通过气雾化制粉技术制备了 Al-Bi-Sn基合金复合粉体,围绕复合粉体的显微结构、制氢性能等进行了一系列的研究。主要的研究结果如下:（1）本研究利用CALPHAD方法,通过计算相图以及合金中各相的相分数,设计并制备了 Al-7Bi-7Sn wt.%、Al-7Bi-10Sn wt.%和 Al-10Bi-7Sn wt.%三元以及Al-10Bi-7Sn-xFe（x=0.5,1.5,3）wt.%、Al-10Bi-7Sn-xCu（x=0.5,1.5,3）wt.%四元合金复合粉体。研究结果表明,该系列合金复合粉体在气雾化过程中发生液相两相分离,形成网格状富（Bi,Sn）相在富（Al）相的晶界处不连续分布的微观组织形貌的复合粉体。（2）本研究对Al-Bi-Sn三元合金复合粉体在不同温度、不同介质中的水解制氢性能进行了研究。研究结果表明,Al-10Bi-7Sn wt.%合金复合粉体具有较高的水解活性,其与50℃蒸馏水反应时,氢气产率在110min达到93%。（3）本研究对Al-Bi-Sn-X（X:Fe,Cu）四元合金复合粉体在不同温度、不同介质中的水解制氢性能进行了研究。研究结果表明,Fe元素的添加,显著提高了合金复合粉体的制氢性能;而Cu元素的添加,抑制了合金复合粉体的水解活性。Al-10Bi-7Sn-3Cuwt.%合金复合粉体与50℃蒸馏水反应时,可以持续稳定地释放氢气,在680min达到70%的氢气产率。Al-10Bi-7Sn-1.5Fewt.%合金复合粉体具有优异的制氢性能,其与50℃蒸馏水反应时,45min内可得到接近100%的氢气产率;该合金复合粉体在空气中暴露72小时后,仍可在0.1 mol/L的CaCl2溶液中水解10min达到91%的氢气产率。
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