Al基材料快速水解制氫的研究.pdf

1、隨著環(huán)境惡化，氫能作為一種無污染的能源正受到人們密切的關(guān)注，鋁作為一種比能量高，儲(chǔ)量豐富，性質(zhì)活潑的金屬，而且在熱力學(xué)趨勢上很容易與水發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。鋁作為制氫材料能有效解決氫能在運(yùn)輸和使用上的瓶頸，將大大降低氫能使用的成本。
　　本文在全面綜述了硼氫化物水解制氫、光電催化水解制氫，電解水制氫技術(shù)以及金屬基材料水解制氫技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展的基礎(chǔ)上，選取了Al基材料作為本文的研究對(duì)象。研究了合金成分、水解溫度以及堿濃度變化對(duì)合金水解性

2、能的影響。采用X射線衍射儀以及金相顯微鏡等儀器分析合金的相結(jié)構(gòu)及表面形貌，用CS310電化學(xué)測試儀測試合金的電化學(xué)腐蝕性能。
　　合金成分對(duì)制氫性能的影響：不同 Ni含量的添加對(duì)合金水解性能的研究發(fā)現(xiàn)，Al-Ni合金的水解制氫速率，隨著Ni含量的增加而增加，在25％KOH溶液中，當(dāng)Ni含量從零增加到4wt.%時(shí)，制氫反應(yīng)速率從15.16mL·min-1·g-1迅速增加到27.71mL·min-1·g-1。結(jié)合 XRD圖譜和金相顯微

3、鏡組織圖可知，隨著 Ni含量的添加，Al合金中形成的Al3Ni衍射峰均勻分布在Al相周圍，能有效破壞Al表面氧化膜的完整性，且隨著Ni含量的添加，合金的組織得以細(xì)化且分布均勻，這都有利于合金制氫反應(yīng)速率的增加。不同 Fe含量的添加對(duì)合金水解性能的研究發(fā)現(xiàn)，Al-1wt.%Fe合金在Al-Fe系列合金中表現(xiàn)出最快的制氫反應(yīng)速率和較好的制氫轉(zhuǎn)化率。在25%KOH溶液中制氫反應(yīng)速率為22.15mL·min-1·g-1，制氫轉(zhuǎn)化率為98.1%，

4、結(jié)合XRD圖譜和金相顯微鏡組織圖可知，這是因?yàn)锳l-1wt.%Fe合金中Al3Fe衍射峰的形成，Al3Fe分布在合金的晶界位置，一方面在晶界處增加了 Al與溶液的接觸面積，另一方面 Al3Fe與Al在局部形成了微型電池，能加快 Al的腐蝕析氫，因而有利于制氫轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率的提高。不同LaNi3含量的添加對(duì)合金水解性能的研究發(fā)現(xiàn)，Al-3wt.%LaNi3合金在Al-LaNi3系列合金中表現(xiàn)出最快的制氫反應(yīng)速率和較好的制氫轉(zhuǎn)化率。在25

5、%KOH溶液中，其反應(yīng)速率為19.0mL·min-1·g-1，制氫轉(zhuǎn)化率為95.0%。結(jié)合 XRD圖譜和金相顯微鏡組織圖可知，LaNi3分布在合金的晶界位置，在晶界處增加了Al與溶液的接觸面積，因而有利于制氫轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率的提高。
　　堿濃度對(duì)制氫性能的影響：堿濃度的變化主要影響水解制氫的反應(yīng)速率和反應(yīng)時(shí)間，合金制氫反應(yīng)速率隨著堿溶液濃度的增加而增加。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行 OH-不斷減少，使得與合金接觸的OH-減少，減緩了鋁的

6、腐蝕析氫反應(yīng)，堿濃度的提高，OH-增多，從而可直接加快合金的水解速率。研究認(rèn)為堿液作為鋁水解反應(yīng)的催化劑也參加了鋁的水解反應(yīng)，與鋁和水反應(yīng)生成了中間產(chǎn)物 KAl(OH)4，KAl(OH)4迅速分解為KOH和Al(OH)3，這也是決定鋁水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的第一步，所以堿濃度的提高能達(dá)到加速反應(yīng)速率的目的。
　　溫度對(duì)制氫性能的影響：提高反應(yīng)溫度有助于提高鋁水解制氫反應(yīng)速率。溫度的提高改善了鋁水解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)性能，而且溫度越高，改善越明顯

7、。由于合金的水解制氫反應(yīng)本身就是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)一旦開始，即會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使水解的環(huán)境溫度不斷升高。
　　腐蝕電位對(duì)制氫的影響：對(duì)Al-Ni合金的電化學(xué)測試研究發(fā)現(xiàn)：隨著Ni含量的添加，合金的腐蝕電位發(fā)生變化，由純A1的-0.803VSCE，減小到Al-3wt.%Ni的-0.950VSCE而后又有所增加，對(duì)Al-Fe合金的電化學(xué)測試研究發(fā)現(xiàn)：Al-Fe合金的腐蝕電位先減小后增大，由純 Al的-0.803VSCE，減小到Al-1