《輕金屬摻雜納米Mg材料的製備及儲氫性能研究》是依託北京科技大學，由宋西平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：輕金屬摻雜納米Mg材料的製備及儲氫性能研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：宋西平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬基儲氫材料是儲氫材料研究中的一個重要方向。金屬鎂儲氫材料以其儲量高(7.6wt.%)、成本低及循環性能好等特點成為發展高性能金屬基儲氫材料的理想選擇。現存在的主要問題是吸放氫溫度高以及動力學性能差等，而解決這些問題的有效途徑是納米化和催化。本課題擬打算以納米鎂材料為研究對象，研究輕金屬元素（Ca、Li）摻雜對其儲氫性能的影響規律，以期獲得一種提高其儲氫性能的新途徑。研究內容包括輕金屬摻雜納米鎂的製備、微觀組織結構表征、儲氫性能測試以及儲氫機制研究等。通過研究獲取輕金屬摻雜納米鎂的製備技術，弄清輕金屬摻雜的機制以及對儲氫性能的影響規律，達到提高其儲氫性能的目的。這些結果對於揭示納米鎂吸放氫本質、開拓新的研究方向、促進金屬鎂儲氫材料在氫燃料汽車以及其他領域的套用起到積極的作用，具有重要的理論和實際意義。
結題摘要
金屬鎂以其優異的儲氫量（7.6wt%）、低廉的價格以及豐富的地表儲量，成為最有潛力的固體儲氫材料之一。但是塊體金屬鎂過高吸放氫溫度和極差的吸放氫動力學嚴重阻礙了其實際套用。納米化被認為是一種非常有效的改善鎂儲氫性能的方法，其不僅大大地提高了鎂的吸放氫動力學，而且能夠在一定程度上降低鎂的吸放氫溫度。然而，如何製備納米級別的金屬鎂成為解決這一問題的關鍵。為此，本課題開發了新的製備納米鎂的方法，成功製備出了三種不同形態和尺寸的鎂納米結構，在此基礎上提出了相應的生長機理和模型。這對推動納米金屬材料的研究具有重要的理論和實際意義。 首先，研究了惰性氣體冷凝法製備鎂納米顆粒的工藝及機理。結果顯示，在氬氣氣流及500-700°C蒸發溫度下，在水冷基底上能夠製備出直徑為10~50nm的鎂納米顆粒，並且，蒸發溫度、沉積位置、真空度對鎂納米顆粒形成有顯著的影響。其次，研究了物理氣相沉積法（PVD）製備鎂納米線的工藝及機理。結果顯示，在高真空及430-450 °C蒸發溫度下，在距離蒸發源5.5-8cm的不鏽鋼網基底上製備出了直徑約75nm，長度約1.25μm的鎂納米線。蒸發溫度、沉積位置、真空度、鎂蒸氣濃度、沉積時間、蒸氣流方向和基底類型對鎂納米線形成有顯著的影響。以此為基礎，提出了鎂納米線的形成機制。再次，探索了利用物理氣相沉積法製備納米多孔鎂的工藝及機理。結果顯示，在高真空度及470-490 °C蒸發溫度下，以豎直蒸發沉積的方式及距離蒸發源10-11cm的高度製備出納米多孔鎂。同時發現蒸發溫度和沉積位置對納米多孔鎂的形成有顯著影響。關於納米多孔鎂的形成機理，初步認為其形成機理可能與空位輔助或鎂的擇優生長機制有關。第四，探索了對納米鎂進行Sn、Zn、Ca等元素摻雜的試驗研究。結果表明，Mg與Sn蒸發共沉積未能取得摻雜的效果。Mg與Zn的共沉積得到的多為MgZn2微米顆粒以及單質Zn的納米線。Mg和CaH2利用惰性氣體冷凝法進行摻雜初步取得成效，製備得到了Ca元素摻雜的鎂納米顆粒。第五，本課題對鎂納米線進行吸氫行為的研究。結果表明，吸氫後鎂納米線的表面出現了許多的小顆粒，隨著溫度升高，鎂納米線的表面的顆粒變得密集。除此以外，本課題還進行了含B、N、Fe和P碳納米管的TEM表征和利用Mg或CaH2做還原劑在氫氣氣氛下還原TiO2製備Ti等探索性研究。
