论文部分内容阅读
AlH3是一种潜在的储氢材料,具有很高的理论储氢量(约为10.1%)和低的密度(约1.48g/ml)。目前,AlH3的合成普遍采用湿法合成,这种方法合成AlH3成本较高,阻碍了其大规模的应用。若能够研究出新的较为低廉的合成方法,将推动AlH3的实际应用。在较高温度和压力下可以得到反应活性高的铝,它与氢气反应生成AlH3。采用电子束蒸发铝和磁控溅射铝的方法也可以得到反应活性高的金属铝,通入氢气气氛,使得铝与氢气反应生成AlM3。对电子束蒸发铝与氢气反应后产物的物相分析表明,采用电子束衍射的方法在铜基底上,可以得到AlH3。但是该产物不稳定,容易发生分解。对磁控溅射铝与氢气反应后产物的物相分析表明：不同溅射功率(100W,200W,300W)的产物中均出现了AlH3相,其中溅射功率为100W和200W的产物的XRD谱图中铝的衍射峰不明显,但是溅射功率为300W时,由于溅射功率较大,在一定时间内溅射出的铝量较多,来不及与氢气反应就沉积到铜基底上,所以该沉积产物的XRD谱图中铝的衍射峰增强。沉积时间分别为30分钟,1小时和2小时,产物的XRD谱图中均出现了氢化铝的衍射峰。当时间延长到2小时,XRD谱图中铝的衍射峰增强,一方面由于沉积时间增长,基底温度上升,氢化铝分解成为金属铝和氢气。另一方面由于沉积时间越长,溅射出来的铝越多。铝没有与氢气反应,就直接沉积在基底上。沉积气压分别为0.6Pa,1Pa,1.3Pa,溅射铝与氢气反应,沉积产物均有AlH3的衍射峰出现,其中沉积气压为0.6Pa时沉积产物的氢化铝峰不明显,沉积气压为1.3Pa时,氢化铝的衍射峰强度最强。随着沉积气压的升高,形成的氢化铝越多。通过热力学计算,分析了MHn (M=Mg, Ca, Na;n=1或2)和AlCl3合成AlH3的可能性。热力学计算结果表明：理论上,CaH2+AlCl3、NaH+AlCl3及MgH2+AlCl3在298K时,反应均可以生成AlH3。通过实验验证CaH2+AlCl3、NaH+AlCl3及MgH2+AlCl3球磨后是否能够生成AlH3。实验结果表明：在目前的实验条件下CaH2+AlCl3球磨后生成极少量非晶态的AlH3和Mg(AlH4) 2, NaH+AlCl3球磨后生成少量NaAlH4,没有生成AlH3。对于MgH2+AlCl3体系,球磨后可以合成非晶态的AlH3, Mg (AlH4) 2。所以,选取MgH2+AlCl3体系球磨来合成AlH3。由于球磨过程中AlH3容易发生分解,同时MgH2+AlCl3合成AlH3的反应吉布斯能变随温度的变化不大,均为负值。为了避免AlH3的分解,采用MgH2+AlCl3低温球磨制备AlH3,研究了不同球磨时间对产物物相的影响,由球磨产物的物相分析结果推断球磨后有AlH3和Mg(AlH4)2生成,通过对球磨产物的红外光谱分析可以知道,球磨后生成了无定形的AlH3和Mg(AlH4)2。对球磨产物的热稳定性分析表明,氢化镁与氯化铝球磨产物的热分解过程按照以下方程式进行：2AlH3→2Al+3H2(↑)(120℃) 2Mg(AlH4)2→2MgAlH5+Al+3H2(↑)(120℃) 2MgAlH5→2MgH2+2Al+3H2(↑)(230℃)实验结果与文献报道一致。