鋁基微-納米復合水解制氫材料的制備及其性能的研究.pdf

1、氫經(jīng)濟已被確定為另一種替代不可持續(xù)的化石燃料為基礎(chǔ)的經(jīng)濟。氫經(jīng)濟的發(fā)展需要以環(huán)保和經(jīng)濟的氫氣生產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)。使用鋁或鋁的復合材料與水反應來制取氫氣被認為是一種很有前景的技術(shù)。本文采用高能球磨法制備的鋁基復合材料--Al-Ce和Al-BiCl3復合材料是綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的制氫材料。這兩種復合制氫材料是基于不同的活化機理。Al-Ce復合材料是利用了Ce強的還原性，在球磨過程中，鈰可通過還原反應更有效的破壞阻隔鋁與水反應的致密氧化層；其次，鈰的

2、存在可以使復合材料與水的反應產(chǎn)物為蓬松片狀化合物，以確保制氫反應繼續(xù)進行。Al-BiCl3復合材料是利用了氯化鉍具有脆性和鋒利的邊緣，在球磨過程中它能將鋁切割得更小，這將大大提高鋁的水解速率；同時在這個過程中會發(fā)生鋁與氯化鉍的置換反應，單質(zhì)鋁置換出單質(zhì)鉍，這樣鋁和鉍之間能形成微電池，加快鋁的水解。在此理論基礎(chǔ)上，利用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X光電子能譜(XPS)、X-射線粉末衍射(XRD)、比表面積和孔徑分布分析儀(BET)等技術(shù)

3、手段對復合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和制氫性能等方面進行了系統(tǒng)的表征，所得結(jié)果如下：
　　 (1)Al-Ce復合材料。鋁表面被致密惰性的氧化鋁包裹而不能直接與水接觸反應產(chǎn)生氫氣。而通過Ce活化的Al可以直接與純水在中性條件下快速反應產(chǎn)生氫氣，60分鐘內(nèi)產(chǎn)氫量為1134mL/g，轉(zhuǎn)化率為92.42％。添加Ce對提高Al的制氫活性起到了關(guān)鍵作用。另外，球磨時間和不同添加物(NaCl和KCl)對鋁鈰復合材料制氫的活性有重要影響。延長球磨時間可提

4、高Ce分散性和降低Al材料的平均粒徑，從而提高材料的制氫性能。不同的添加物不僅能促進鈰的分散、減小粒徑、增大表面積，而且能阻止反應產(chǎn)物的沉積加速材料的反應，如Al-5wt％Ce-10wt％KCl的產(chǎn)氫量為1101mL/g，轉(zhuǎn)化率達到93.86％。
　　 (2)Al-BiCl3復合材料。在這個體系中，我們將鋁與氯化鉍按照不同的質(zhì)量比混合球磨。由于氯化鉍具有脆性和鋒利的邊緣，在球磨過程中它能將鋁切割得更小，這將大大提高鋁的水解速率。

5、同時在這個過程中會發(fā)生鋁與氯化鉍的置換反應，單質(zhì)鋁置換出單質(zhì)鉍，這樣鋁和鉍之間會形成微電池，促進鋁的水解。由于這兩個因素的影響，Al-BiCl3復合制氫材料即使在低溫下也具有很強的水解制氫性能。其中Al-10wt％BiCl3的產(chǎn)氫量為1201mL/g，轉(zhuǎn)化率達到98.20％。另外，球磨時間和不同添加物(NaCl和NaBH4)對Al-BiCl3復合制氫材料的活性有很大的影響。隨著球磨時間的延長，鋁和氯化鉍之間置換的更充分，同時提高了鉍的分