鎂-鈰復合儲氫材料結構與性能的研究.pdf

1、Mg因其價格低廉、儲量豐富、儲氫量高等優(yōu)點被認為是最具研究潛力的儲氫材料之一。然而純鎂吸放氫動力學緩慢和熱力學穩(wěn)定性過高限制了其實際應用。本文以金屬Mg和CeO2為原料用機械球磨和靜態(tài)吸氫法制備Mg-Ce復合儲氫材料，研究了球磨頻率、球磨時間、CeO2添加量等對反應產物的影響。利用掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）等檢測手段對材料進行了表征，用Materials Studio軟件

2、模擬計算了Ce原子吸附Mg(0001)表面對H2分子解離過程的影響。
　　研究結果表明，通過機械球磨和靜態(tài)吸氫法制備的Mg-Ce復合儲氫材料具有較長的吸氫平臺、適中的吸氫平臺壓（0.79 MPa）、較高的吸氫飽和度（84.1％）。這是因為在機械球磨過程中，Mg-CeO2復合材料中產生大量的空位缺陷，有利于氫化反應的進行。
　　制備的Mg-Ce復合儲氫材料中不僅生成了大量晶態(tài)的MgH2，還伴隨著產生了CeH2和CeH2.73。

3、當球磨頻率不超過20 Hz，CeO2的添加量不超過20 wt.%時，可以使CeO2全部轉化成CeH2和CeH2.73，并且通過改變球磨條件可以控制CeH2和CeH2.73的相對含量變化。
　　在球磨頻率20 Hz條件下球磨1 h制備的90Mg10CeO2儲氫材料放氫DSC曲線中呈現(xiàn)了兩個明顯分開的吸熱峰，結合材料放氫前后的XRD圖分析可知，這兩個吸熱峰分別對應于CeH2.73和MgH2的分解。利用Kissinger方程對兩個放氫峰

4、進行了活化能計算，結果發(fā)現(xiàn) CeH2.73的析氫活化能為162.07 kJ/mol H2， MgH2的析氫活化能為180.01 kJ/mol H2，比相同條件下制備的純MgH2的活化能（137.89 kJ/mol H2）高，說明添加CeO2之后，材料的熱穩(wěn)定性提高。
　　通過對Mg-Ce儲氫材料中O1s和Ce3d的XPS數(shù)據(jù)分析可知，氫化后材料中 O的存在形式由晶格 Oα大幅轉變成化學吸附 Oβ，部分 Ce(Ⅳ)被還原成Ce(Ⅲ)

5、，說明CeO2中的晶格O發(fā)生遷移，可能與體系中的Mg結合形成MgO，自身則被H2還原成了CeH2和CeH2.73。利用Materials Studio軟件對H2分子在Ce原子吸附于Mg(0001)表面的解離進行了模擬計算，發(fā)現(xiàn)處于四種不同吸附位的Ce均有利于H2分子的解離，說明Ce原子吸附Mg(0001)表面形成的局部環(huán)境對H2分子的解離是有利的。結合top位Ce原子吸附Mg(0001)表面H2分子解離的總態(tài)密度、分波態(tài)密度和總電荷密度