微波輻射對金屬-氮-氫儲氫體系的吸放氫性能影響研究

《微波輻射對金屬-氮-氫儲氫體系的吸放氫性能影響研究》是依託上海大學，由冷海燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微波輻射對金屬-氮-氫儲氫體系的吸放氫性能影響研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：冷海燕
• 依託單位：上海大學

中文摘要

金屬-氮-氫體系是目前最具發展前景的儲氫材料體系之一，但是其吸放氫性能還需要進一步改善以滿足實用化的需求。而微波輻射技術以其特殊的熱效應和非熱效應，可極大促進化學反應的進行，在化工、石油、冶金材料等領域已有大量的成功套用。將微波技術套用於金屬氮氫儲氫材料性能改善的工作尚未見報導。本項目擬研究微波輻射對於金屬-氮-氫體系的吸放氫行為的影響規律。通過研究微波輻射與反應物中各種可極化因子的耦合作用，包括NH3極性分子、N-H極性鍵、晶格缺陷等，改善金屬-氮-氫體系的微波加熱性能；通過微波輻射和添加劑的協同作用來改善金屬-氮-氫體系的吸放氫性能；通過對比普通加熱和微波加熱來系統研究微波的熱效應和非熱效應對金屬-氮-氫體系吸放氫性能改善的作用機理。本項目有望開闢金屬-氮-氫體系吸放氫性能的微波改性途徑，為微波輻射技術在儲氫材料領域的套用提供一定的理論和實踐基礎。

結題摘要

金屬-氮-氫體系以其高達6.5-10wt.%的儲氫密度，成為可逆固態儲氫材料中最有發展潛力的材料體系之一。但是其放氫速率慢、放氫溫度高等問題限制了其實際套用。針對金屬-氮-氫體系存在的缺點，國內外進行的大量研究主要集中在兩個方面：（1）通過材料的納米化或合適催化劑的添加，改善吸放氫的動力學性能；（2）通過與合適的材料進行複合，改變反應路徑，調整熱力學性能。然而到目前為止，金屬-氮-氫體系的研究離實用化依然有相當一段距離。而微波加熱技術具有均勻加熱、高效節能、促進化學反應速率和降低化學反應溫度等優勢。本項目通過研究微波輻射和添加劑對金屬-氮-氫體系吸放氫行為的協同影響規律，利用微波輻射改善金屬-氮-氫體系吸放氫性能，降低其吸放氫溫度，提高其吸放氫速率，為該體系提供了一種微波改性的新途徑。主要研究內容和成果如下：研究金屬-氮-氫複合體系的微波輻射加熱性能，通過不同吸波添加劑來改善金屬-氮-氫體系的微波加熱性能，最佳化微波加熱工藝，選出具有吸波和催化雙重作用的添加劑；研究微波輻射及添加物對金屬-氮-氫體系吸放氫性能的影響，通過離子導體添加劑LiBH4、Li2TiO3、K2SO4等和微波輻射的協同作用，使得Li-N-H體系的放氫速率比傳統加熱條件下的提高了3倍以上；利用微波輻射和添加劑的協同作用來改善Mg基儲氫材料的吸放氫性能，通過研究不同金屬單質、不同金屬氧化物和不同金屬氫化物添加劑與微波輻射的協同作用，發現TiO2和單質Ni作為最佳的吸波劑和催化劑，使得Mg基材料在微波輻射加熱的放氫速率比傳統加熱的提高了2倍以上。進一步探索了微波加熱技術套用於鈦鐵礦直接還原製備TiFe合金的新工藝，通過該工藝在微波加熱1423K下保溫60分鐘可以將FeTiO3還原合成TiFe合金。這些實驗結果為微波輻射技術在儲氫材料改性和製備領域的套用提供了一定的理論和實踐基礎。