氮化硼負載鈮基添加劑復合摻雜硼氫化鋰體系的吸放氫性能及其協(xié)同改性機理.pdf

1、氫能作為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ睦硐肭鍧嵞茉炊鴱V受關注，而安全、高效和低成本的儲氫技術是目前氫能開發(fā)應用亟需解決瓶頸技術。硼氫化鋰(LiBH4)因具有18.5 wt％的質量儲氫密度和121 kg H2/m3的體積儲氫密度，成為目前高容量儲氫材料的研究熱點之一。然而，LiBH4熱力學穩(wěn)定性較高，吸放氫動力學性能較差，可逆吸氫的條件過于苛刻，嚴重阻礙了其實用化的進程。本文在全面綜述國內外LiBH4儲氫材料的研究進展的基礎上，研究了六方型氮化硼(h

2、-BN)摻雜、h-BN分別負載NbCl5和NbH摻雜對LiBH4的儲氫性能的影響規(guī)律，并探索揭示了其改性機理。
　　將h-BN作為添加劑摻雜至LiBH4體系以改善其吸放氫性能，詳細研究了h-BN添加量為5 mol％、15 mol％、30 mol％和50 mol％的h-BN摻雜LiBH4體系的放氫動力學性能。結果表明:當h-BN添加量為30 mol％時，h-BN摻雜LiBH4體系具有最佳綜合儲氫性能，其起始放氫溫度和放氫反應活化能分

3、別由未摻雜LiBH4樣品的280℃和198.31 kJ/mol降低至180℃和155.80 kJ/mol;樣品在400℃下完成放氫反應所需時間由未摻雜LiBH4樣品的6000分鐘減少至120分鐘。經過30 mol％ h-BN摻雜改性后，LiBH4能夠在400℃和10 MPa氫壓條件下實現再吸氫，且循環(huán)放氫性能相對穩(wěn)定，第三次放氫容量可達到6 wt％。進一步分析認為:h-BN表面N原子上“孤電子對”對LiBH4起到一定的反應失穩(wěn)作用，因此

4、h-BN表面的LiBH4率先分解，其分解產物則成為后續(xù)LiBH4分解反應的形核中心，降低了LiBH4的分解溫度。
　　為了進一步改善LiBH4的儲氫性能，采用NbCl5/h-BN復合摻雜LiBH4，并對比分析NbCl5/h-BN復合摻雜LiBH4體系、NbCl5與h-BN單獨摻雜LiBH4體系的儲氫性能。研究發(fā)現:NbCl5/h-BN復合摻雜LiBH4儲氫性能比NbCl5或h-BN單獨摻雜LiBH4體系具有更好的放氫動力學性能。其

5、中，1 mol％ NbCl5+30 mol％ h-BN復合摻雜改性的LiBH4樣品在20分鐘內能夠釋放出12.19 wt％，為同樣條件下1 mol％ NbCl5和30 mol％ h-BN單獨摻雜LiBH4樣品所能釋放氫氣量的17.41和2.61倍。經1 mol％ NbCl5+30 mol％ h-BN復合摻雜后，LiBH4放氫峰值溫度降低了100℃，放氫反應活化能降低122.75 kJ/mol，循環(huán)放氫性能得到明顯改善。進一步分析認為:N

6、bCl5/h-BN復合摻雜LiBH4時，在h-BN表面NbCl5與LiBH4發(fā)生反應原位生成的納米NbH，起到進一步催化改性LiBH4儲氫性能的作用。
　　本文進一步采用機械球磨化學法研究制備出h-BN負載5-20 nm的NbH復合型催化劑，并將其用于催化改性LiBH4儲氫性能。通過添加1 mol％3NbH@h-BN催化劑，LiBH4的放氫峰值降低到380℃，并且LiBH4能夠在30分鐘完成放氫反應，其反應速率是未摻雜的LiBH4