Ti基體上碳納米管合成與修飾及其儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、碳納米管(CNTs)是由單層或多層碳石墨片層卷曲而成的無(wú)縫中空管,具有豐富的一維納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)。并且CNTs因徑向尺度很小,而具有較大的比表面積。對(duì)CNTs特殊的微觀結(jié)構(gòu)加以利用,將其與金屬或金屬氧化物復(fù)合,利用其各自的物化性質(zhì),提高儲(chǔ)氫性能,是開(kāi)發(fā)高性能儲(chǔ)氫材料的重要課題。
　　 本論文通過(guò)沉積-沉淀法制備催化劑,采用化學(xué)氣相沉積法在Ti粉基體上合成了CNTs／Ti復(fù)合粉末,研究了催化劑種類、催化劑Ni含量和CNTs合成反應(yīng)溫

2、度對(duì)CNTs生長(zhǎng)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,選用Ni作催化劑,在550℃合成反應(yīng)條件下,可以在Ti粉基體上合成大量的CNTs。在此條件下,選用不同Ni催化劑含量,對(duì)制備的CNTs／Ti復(fù)合粉末進(jìn)行了儲(chǔ)氫性能測(cè)試。電化學(xué)儲(chǔ)氫測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)催化劑含量占基體質(zhì)量3wt％時(shí),制備的CNTs／Ti復(fù)合粉末的儲(chǔ)氫容量最高。氣體儲(chǔ)氫測(cè)試結(jié)果顯示,在室溫(25℃)與低溫(-196℃)環(huán)境下,儲(chǔ)氫機(jī)理主要是CNTs對(duì)氫的物理吸附作用:在高溫(300℃)條件下

3、,CNTs／Ti對(duì)H2產(chǎn)生了化學(xué)吸附與物理吸附作用,儲(chǔ)氫量高于室溫和低溫環(huán)境下單一物理吸附的效果。
　　 本論文還研究了純Ti粉與CNTs混合球磨處理后的儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明,球磨處理使CNTs長(zhǎng)度截短,增加了CNTs的結(jié)構(gòu)缺陷,提高了CNTs的電化學(xué)儲(chǔ)氫能力。球磨后的CNTs／Ti復(fù)合粉末在25℃與-196℃環(huán)境下,CNTs以物理吸附的方式儲(chǔ)氫,而在300℃環(huán)境下Ti對(duì)H2產(chǎn)生化學(xué)吸附,此時(shí)CTNs／Ti發(fā)生了物理吸附與化學(xué)吸附

4、的復(fù)合儲(chǔ)氫,儲(chǔ)氫量高于室溫和低溫環(huán)境下單一物理吸附的效果。
　　 本實(shí)驗(yàn)同時(shí)研究了表面改性對(duì)碳納米管儲(chǔ)氫性能的影響。采用溶膠凝膠法在CNTs表面負(fù)載了納米TiO2顆粒,研究了其電化學(xué)儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明,通過(guò)在CNTs表面負(fù)載納米TiO2顆粒,并且控制CNTs與 TiO2的質(zhì)量比在一定范圍內(nèi),可以較大程度地提高CNTs的電化學(xué)儲(chǔ)氫容量。本研究認(rèn)為,納米 TiO2顆粒具有的光催化特性和強(qiáng)氧化還原能力是提高CNTs電化學(xué)儲(chǔ)氫性能的主要