TiAl3對NaAlH4吸放氫催化作用的影響因素及相關(guān)機(jī)制探究.pdf

1、由于NaAlH4具有較高的儲氫容量和較低的脫氫溫度，NaAlH4被作為儲氫材料進(jìn)行研究，但是它的動力學(xué)性能較差。對于NaAlH4儲氫體系，尋求催化效果優(yōu)良的催化劑并研究其催化機(jī)制，是目前的重要課題。
　　本文實驗先進(jìn)行粉末燒結(jié)預(yù)處理以便獲得TiAl3/Al界面，再用高壓氫氣氛下的高能振動球磨的方式原位制備TiAl3-NaAlH4儲氫材料;通過XRD（X-射線衍射）、脫氫/氫化動力學(xué)測試和TG-DSC（熱重-差示掃描量熱法）等方式對

2、樣品的成分和動力學(xué)性能進(jìn)行表征和分析，探究了TiAl3/Al界面對NaAlH4吸放氫催化作用的影響因素和相關(guān)機(jī)制。
　　催化劑發(fā)生催化作用，通常需要與反應(yīng)物接觸。TiAl3與NaH反應(yīng)物不易形成有效接觸，卻易與Al反應(yīng)物形成有效接觸。本文第一部分工作，探索用TiAl3與Al形成TiAl3/Al界面這種有效接觸后，TiAl3催化效果是否得到有效提高，采用工藝為粉末燒結(jié)。燒結(jié)后，胚片仍為TiAl3和Al二元混合物相，但由于燒結(jié)導(dǎo)致胚片

3、中出現(xiàn)了大量TiAl3/Al界面。然后將胚片粉末分別與NaH在高壓氫氣氛(約8 MPa H2)下振動球磨。球磨40 h后，樣品脫氫量達(dá)到3.96 wt.％;脫氫后，在393 K、8 MPa H2氣氛下氫化達(dá)到飽和時間約為3.0 h，這意味著體系有不錯的催化效果。另外，采用Ti與Al進(jìn)行粉末燒結(jié)，其效果比TiAl3與Al燒結(jié)的效果略低。而用未經(jīng)過燒結(jié)預(yù)處理的Ti與Al、TiAl3與Al分別和NaH在8 MPa H2下球磨40 h的樣品，脫

4、氫量分別為1.69 wt.％和1.98 wt.％，脫氫后，氫化達(dá)到飽和時間大約為14h，催化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于經(jīng)過燒結(jié)預(yù)處理的情況。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過燒結(jié)預(yù)處理的樣品，球磨后的脫氫量更高，氫化動力學(xué)性能更好，說明TiAl3對NaAlH4吸放氫催化效果可能與燒結(jié)過程中形成的TiAl3/Al界面密切相關(guān)。
　　TiAl3顆粒度的減小和燒結(jié)溫度的升高可能促進(jìn)TiAl3/Al界面的形成。本文第二部分工作，主要探索了TiAl3顆粒度和燒結(jié)溫度對T

5、iAl3-NaAlH4脫氫/氫化動力學(xué)性能的影響。我們在實驗發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫度的升高，樣品的氫化動力學(xué)性能變好;隨著TiAl3顆粒度的減小和燒結(jié)溫度的升高，樣品的氫化后的動力學(xué)性能呈提升趨勢。由此推測，若在預(yù)處理過程中形成越多的TiAl3/Al界面，球磨原位制備的TiAl3-NaAlH4動力學(xué)性能越好。
　　本文第三部分工作，采用熱分析動力學(xué)方法，計算了TiAl3與Al、Ti與Al分別進(jìn)行預(yù)處理后所制備的兩個TiAl3-NaAlH

6、4樣品的放氫動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明，樣品分解過程符合形核與長大機(jī)制。另外，還利用Scherrer公式計算了樣品第一步分解后和第二步分解后Al晶粒的大小，結(jié)果表明，第二步分解后Al晶粒較大，說明在NaAlH4分解過程中，Al可能參與了形核和長大過程。本文認(rèn)為，TiAl3摻雜的NaAlH4分解過程中，TiAl3/Al界面為Al提供了形核點并限制Al晶粒的長大，這可能促進(jìn)了NaAlH4的分解。而在氫化過程中，反應(yīng)將在TiAl3/Al界面處進(jìn)行，