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稀土氧化物Sm2O3和有序介孔硅复合改性NaAlH4储氢性能的研究
稀土Sm2O3和有序介孔SiO2复合改性NaAlH4储氢性能的研究
孙迪波1,陈启元1,翁国庆2,李文章1,马小波2
(1.中南大学 化学化工学院,长沙 410083;2.湖南稀土金属材料研究院,长沙 410014)
摘要:以机械球磨为制备方法,利用Sievert等容法吸放氢性能测试法系统地研究了有序介孔SiO2和Sm2O3复合改性NaAlH4体系的储氢性能。并利用XRD、FESEM和HRTEM来表征体系的物相和微观结构。结果表明,Sm2O3单掺杂可以改善NaAlH4的脱氢性能,4 h时NaAlH4-Sm2O3体系的放氢量约为3.6%,而有序介孔SiO2和Sm2O3复合掺杂改性NaAlH4体系4 h时的放氢量达到4.3%,且循环吸放氢性能得到加强。同时对有序介孔SiO2和Sm2O3对NaAlH4体系的改性机理进行了探讨。
关键词:NaAlH4;Sm2O3;有序介孔SiO2;储氢性能
中图分类号:TB34 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2013)12-0000-00
Co-effects of Sm2O3 and Ordered Mesoporous SiO2 on Reversible Hydrogen Storage in NaAlH4
SUN Di-bo1, CHEN Qi-yuan1, WENG Guo-qing2, LI Wen-zhang1, MA Xiao-bo2
(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Hunan Rare Earth Metal Material Institute, Changsha 410014, China)
Abstract: The hydrogen storage properties of NaAlH4 with Sm2O3 and ordered mesoporous SiO2 as codopants by ball-milling were systematically investigated with Sievert抯 technology test. The microstructures and phase transformation of milled samp les were characterized by XRD, FESEM and HRTEM. The results show that hydrogen desorption is 3.6% in amount within 4 h for Sm2O3-doped NaAlH4, increases to 4.3% in amount once codoped by ordered mesoporous SiO2. The addition of mesoporous SiO2 enhances dehydrogenation kinetics and cycle stability of NaAlH4. Moreover, the modification mechanism of Sm2O3 and mesoporous SiO2 on dehydrogenation of NaAlH4 is discussed.
Key words: NaAlH4; Sm2O3; ordered mesoporous SiO2; hydrogen storage
氢能作为一种极具发展潜力的新型二次能源,其关键技术在于实现氢的安全高效储/运[1-2]。化学储氢因其贮氢容量高、安全性能好,颇具技术优势而备受关注。以NaAlH4为代表的MAlH4型金属配位氢化物具有质量储氢密度较高、热力学性能合适等优点,是化学储氢材料的研究热点[3-4]。其放氢过程按以下反应进行:
3NaAlH4(s)Na3AlH6(s)+2Al(s)+3H2(g) (1)
Na3AlH6(s)3NaH(s)+Al(s)+3/2H2(g) (2)
NaH(s)Na(l)+1/2H2(g) (3)
反应式(1)、(2)分别在210 ℃和250 ℃下进行,放氢量分别为3.7%和1.9%(质量百分数,下同),而反应(3)的放氢量为1.8%,需要在高于425 ℃下才能进行,不具备实际应用价值。因此理论上NaAlH4可逆储氢量为5.6%。自1997年Bogdanovic等[5]首次发现钛掺杂的NaAlH4具有可逆吸放氢特性以来,对NaAlH4催化掺杂使其成为合适的储
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