改性納米氧化鐵的儲(chǔ)氫性能和儲(chǔ)氫過程動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、鐵氧化物作為儲(chǔ)氫材料，其儲(chǔ)氫原理是利用氧化還原反應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)氫，思路如下： 儲(chǔ)氫：Fe3O4+4H2→3Fe+4H2O(或初始狀態(tài)為：Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O)放氫：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2與傳統(tǒng)儲(chǔ)氫方法相比，該儲(chǔ)氫方法簡單、安全、環(huán)境友好、成本低、儲(chǔ)氫過程可逆。理論儲(chǔ)氫總量達(dá)到4.8wt．％，接近IEA儲(chǔ)氫標(biāo)準(zhǔn)(～5wt．％或50kgH2/m3)。 本文通過水熱法制備了顆粒狀、片狀和管狀三種不同納米

2、形貌的三氧化二鐵基體材料，并以Mo及其他金屬作催化劑對其進(jìn)行催化改性和儲(chǔ)氫性能研究。同時(shí)也研究了升溫速率、不同改性方法和不同催化劑對儲(chǔ)氫性能的影響。此外，還研究了鐵氧化物還原氧化過程、Mo催化機(jī)理以及氧化過程的動(dòng)力學(xué)問題。研究結(jié)果表明： 1．升溫速率對樣品的儲(chǔ)-放氫性能具有較大的影響。從儲(chǔ)-放氫總量、循環(huán)穩(wěn)定性和樣品的燒結(jié)情況考慮，4℃/min的升溫速率是較理想的。 2．以不同含量的Mo對三類不同納米形貌樣品進(jìn)行水熱法改

3、性后的儲(chǔ)-放氫性能的研究表明，8％(mol)的Mo改性的片狀氧化鐵儲(chǔ)氫效果最好。在300℃時(shí)，四次循環(huán)平均放氫量為666.8μmol·min-1g—Fe-1，平均放氫溫度為275.7℃。 3．與水熱法改性后的樣品相比，浸漬法改性的納米Fe2O3的儲(chǔ)氫性能不理想，各項(xiàng)儲(chǔ)氫性能參數(shù)均劣于水熱法的改性。因此，該方法不適合改性納米Fe2O3。 4．在低溫放氫方面，以Al作催化劑使用水熱法改性的片狀結(jié)構(gòu)的Fe2O3的儲(chǔ)—放氫效果有

4、一定的改善，改性后的樣品平均放氫溫度僅為208℃：當(dāng)溫度為219℃，平均放氫量達(dá)到318μmol·min-1g—Fe-1。 5．采用TPR、TPO及XRD分析表征手段對鐵氧化物儲(chǔ)—放氫過程研究發(fā)現(xiàn)：Fe2O3的還原反應(yīng)歷程為3Fe2O3→2Fe3O4→6Fe；而Fe3O4的還原途徑是Fe3O4→3FeO→3Fe。還原鐵的氧化過程的歷程為：3Fe→3FeO→Fe3O4。此外，還發(fā)現(xiàn)，在氧化還原過程中，Mo通過自身的化合價(jià)改變在儲(chǔ)-