鎂-鈰復(fù)合儲(chǔ)氫材料結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、Mg因其價(jià)格低廉、儲(chǔ)量豐富、儲(chǔ)氫量高等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最具研究潛力的儲(chǔ)氫材料之一。然而純鎂吸放氫動(dòng)力學(xué)緩慢和熱力學(xué)穩(wěn)定性過(guò)高限制了其實(shí)際應(yīng)用。本文以金屬M(fèi)g和CeO2為原料用機(jī)械球磨和靜態(tài)吸氫法制備Mg-Ce復(fù)合儲(chǔ)氫材料，研究了球磨頻率、球磨時(shí)間、CeO2添加量等對(duì)反應(yīng)產(chǎn)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(cè)手段對(duì)材料進(jìn)行了表征，用Materials Studio軟件

2、模擬計(jì)算了Ce原子吸附Mg(0001)表面對(duì)H2分子解離過(guò)程的影響。
　　研究結(jié)果表明，通過(guò)機(jī)械球磨和靜態(tài)吸氫法制備的Mg-Ce復(fù)合儲(chǔ)氫材料具有較長(zhǎng)的吸氫平臺(tái)、適中的吸氫平臺(tái)壓（0.79 MPa）、較高的吸氫飽和度（84.1％）。這是因?yàn)樵跈C(jī)械球磨過(guò)程中，Mg-CeO2復(fù)合材料中產(chǎn)生大量的空位缺陷，有利于氫化反應(yīng)的進(jìn)行。
　　制備的Mg-Ce復(fù)合儲(chǔ)氫材料中不僅生成了大量晶態(tài)的MgH2，還伴隨著產(chǎn)生了CeH2和CeH2.73。

3、當(dāng)球磨頻率不超過(guò)20 Hz，CeO2的添加量不超過(guò)20 wt.%時(shí)，可以使CeO2全部轉(zhuǎn)化成CeH2和CeH2.73，并且通過(guò)改變球磨條件可以控制CeH2和CeH2.73的相對(duì)含量變化。
　　在球磨頻率20 Hz條件下球磨1 h制備的90Mg10CeO2儲(chǔ)氫材料放氫DSC曲線中呈現(xiàn)了兩個(gè)明顯分開(kāi)的吸熱峰，結(jié)合材料放氫前后的XRD圖分析可知，這兩個(gè)吸熱峰分別對(duì)應(yīng)于CeH2.73和MgH2的分解。利用Kissinger方程對(duì)兩個(gè)放氫峰

4、進(jìn)行了活化能計(jì)算，結(jié)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(shuō)明添加CeO2之后，材料的熱穩(wěn)定性提高。
　　通過(guò)對(duì)Mg-Ce儲(chǔ)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(zhuǎn)變成化學(xué)吸附 Oβ，部分 Ce(Ⅳ)被還原成Ce(Ⅲ)

5、，說(shuō)明CeO2中的晶格O發(fā)生遷移，可能與體系中的Mg結(jié)合形成MgO，自身則被H2還原成了CeH2和CeH2.73。利用Materials Studio軟件對(duì)H2分子在Ce原子吸附于Mg(0001)表面的解離進(jìn)行了模擬計(jì)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(shuō)明Ce原子吸附Mg(0001)表面形成的局部環(huán)境對(duì)H2分子的解離是有利的。結(jié)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