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随着人类对能源需求的不断增长、传统化石能源的匮乏和环境污染的日益加重,开发清洁的新能源以供可持续发展迫在眉睫。氢能作为一种清洁的二次能源,在燃料电池材料方面发挥着重要的作用,各国都将开发这一类新能源列为重点研究项目。车载储氢技术要求储氢材料储氢量大、可逆性好、吸放氢热力学和动力学性能能够达到常温应用要求。通过阅读国内外文献,找出该研究领域的方向,并确定以LiBH4作为本论文研究的主题。LiBH4的储氢量在固体储氢材料中含氢量最高(18.5 wt%),最有潜力达到国际车用氢气储存系统的要求,因此受到越来越多的关注。但是LiBH4热稳定性高,放氢速率慢,且可逆性差,要达到实际应用要求还面临许多挑战。
合成制备了具有一定规则结构催化剂介孔TiO2和碳凝胶,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(TEM)对样品的组分、形貌及内部结构进行了分析表征,通过BET测试研究了制备样品的比表面积及孔径分布等。在与骨架催化剂复合方面,采用湿化限域法,将LiBH4成功负载于其中,并测试了复合物的储氢性能。
第一部分,通过一系列实验,归结出合成制备TiO2的最佳条件为磁子搅拌10min,140℃水热22h,选择用PH为5~6,氩气中煅烧6h;制备最佳的介孔TiO2样品表面积可达184 m2/g,孔径分布范围为5~35 nm; LiBH4与介孔TiO2复合后的LiBH4/TiO2(1∶1)样品起始放氢温度220℃,最大放氢温度发生在~330℃,显示了较好的热力学性能;同时该样品3h内在300℃总共可以放出11 wt%的氢气,展现了该样品极好的放氢动力学性能;通过机理研究表明,介孔TiO2兼具介孔骨架和高效催化剂的双重作用,从而在改善LiBH4性能上优势明显。
第二部分,通过制备合成不同孔径的碳凝胶材料,总结了制备该类材料在孔径控制方面的主要因素;制备的S2凝胶材料孔径分布较窄且孔径最小,在3~5nm;通过湿法限域,LiBH4成功载入凝胶材料,LiBH4/S2材料初始放氢温度为218℃,最高放氢发生在340℃,350℃恒温下1h内可放氢4.8 wt%;通过DSC测试计算出该样品放氢活化能为~120 KJ/mol,放氢热力学及动力学性能较纯的LiBH4都得到了显著的改善。通过检测放氢自后LiBH4/S2的XRD、FTIR特征等初步推断了反应机理。