纳米碳管和Li-Mg-N-H及其复合材料储放氢性能的研究

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	纳米碳管和Li-Mg-N-H及其复合材料储放氢性能的研究
	陈永
学位类型	博士
导师	成会明
	2006-05-10
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料学
关键词	纳米碳管活化体积法储氢比表面积孔结构吸附 Li-mg-n-h储氢材料机械球磨放氢动力学性能
摘要	近年来，氢能的开发和应用研究受到极大重视，而制约氢能应用的关键之一是储氢，因此储氢材料的研究十分活跃。一方面，研究者致力于对现有的储氢材料体系的性能进行改善，另一方面，也积极致力于寻找和开发新的储氢材料。纳米碳管被认为是一种有潜力的储氢材料，但是文献报道的研究结果离散性较大。实验方法、实验装置及不同制备和预处理方法导致纳米碳管微观结构和表面状态的差异是影响其储氢性能测试结果的主要原因。本文对体积法储氢装置进行了改进，使储氢测试结果更加可靠。其次，分别采用空气、CO2和KOH对纳米碳管进行活化，以提高其比表面积、改善其孔结构。制备了Li-Mg-N-H储氢材料，并与纳米碳管复合，最后研究了上述三种材料的储放氢特性。取得了以下主要结果：（1）采用KOH、CO2和空气活化处理纳米碳管并以低温氮吸附法研究其吸附性能、比表面积和孔结构。分别选取Horvath-Kawazoe(HK)方程和Barrett-Jowner-Halenda(BJH)方程解析等温线得到样品的微孔和中孔孔径分布曲线。对活化前后的纳米碳管用透射电镜表征其微观结构。研究结果表明，活化后纳米碳管的比表面积有了很大幅度的提高，分别达到785m2/g，429m2/g和270m2/g。三种方法中，KOH活化的纳米碳管的孔结构最为丰富，CO2活化的样品中的微孔比较多，而且微孔孔径小。（2）经过活化处理后，纳米碳管的储氢量增加。这是由于纳米碳管的两端被氧化开口，使中空管腔释放出来。同时，活化处理在纳米碳管的内外表面上营造出大量的孔隙结构，增加了储氢位。超声粉碎是一种有效短切纳米碳管的方法，随着时间的延长，碳管的长度减小。超声处理120 min后，纳米碳管被短切为长度约400 nm的短管。在一定范围内，纳米碳管的储氢量随着超声处理时间的延长而增加。（3）以MgH2和LiNH2为原料，混合球磨后，在200°C进行吸放氢，制备出新型Li-Mg-N-H储氢材料。采用X射线衍射（XRD）、透射电镜(TEM)、电子衍射（SAED）和电子能量分散谱仪(EDS)对球磨后和吸放氢后的储氢材料的结构进行表征，并用体积法测试其放氢动力学性能。样品的初次放氢较慢，第一次放氢活化后，放氢速率和放氢容量都有较大的提高。经过四个循环的吸放氢，放氢速率和放氢容量达到稳定，储氢容量为4.2 wt%。在较低温度下，该材料的放氢速率和放氢容量明显减小。（4）系统研究了LiNH2/MgH2摩尔配比对Li-Mg-N-H材料储氢性能的影响。LiNH2/MgH2的摩尔比在1.5:1到3:1之间变化,将MgH2和LiNH2混合球磨后，在200°C对其反复吸放氢，制备Li-Mg-N-H储氢材料。采用体积法测试材料的放氢动力学和XRD测试其吸放氢态的物质结构。结果表明Li-Mg-N-H材料的储氢性能与原始LiNH2/MgH2摩尔配比有密切关系。当LiNH2/MgH2比例为2.15:1时，其储氢容量达到5wt%。（5）为了改善Li-Mg-N-H材料的放氢动力学性能，我们研究了单壁纳米碳管对该储氢材料的催化效果。将2.15:1LiNH2/MgH2样品球磨并在200°C反复吸放氢后，加入5 wt％的原始或纯化单壁纳米碳管，再球磨2h。发现样品的放氢动力学明显改善。特别是添加了原始的单壁纳米碳管后，200 oC下，20分钟能够放出储氢容量90％的氢气；而在同样条件下，没有添加纳米碳管的样品需要60分钟。在更低温度下，纳米碳管对Li-Mg-N-H材料的放氢动力学性能改善更为明显。
页数	167
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16891
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	陈永. 纳米碳管和Li-Mg-N-H及其复合材料储放氢性能的研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.