TiFe納米顆粒與碳納米管共摻實現MgH2優異儲氫性能

發布時間：2021-05-10浏覽：3030次

文章信息

TiFe納米顆粒與碳納米管共摻實現MgH2優異儲氫性能

第一(yī)作者：陸雄

通訊作者：張劉挺*，陳立新*

單位：江蘇科技大(dà)學，浙江大(dà)學

研究背景

氫化鎂（MgH2）由于其具有理論儲氫量高（7.6 wt％）和儲量豐富的優點，在固态儲氫領域備受關注。然而，MgH2具有較高的初始放(fàng)氫溫度（超過300 ℃）和緩慢(màn)的吸放(fàng)氫動力學性能而無法滿足實際儲氫要求。

本文采用TiFe納米顆粒與碳納米管共摻實現MgH2優異儲氫性能，可爲未來MgH2的催化改性研究提供方向，有助于加速MgH2固态儲氫領域的研究及實際應用。

研究背景

近日，來自江蘇科技大(dà)學的張劉挺副教授與浙江大(dà)學的陳立新教授合作，在國際知(zhī)名期刊Chemical Engineering Journal上發表題爲“Achieving superior hydrogen storage properties of MgH2 by the effect of TiFe and carbon nanotubes”的研究論文。

該論文設計合成了TiFe納米合金并研究了納米TiFe對MgH2儲氫性能的影響，此外(wài)通過與碳納米管共摻緩解了MgH2儲氫材料實際應用中(zhōng)循環吸放(fàng)氫性能衰退的關鍵問題。

TiFe納米顆粒與碳納米管改善MgH2儲氫性能的作用機理

本文要點

要點一(yī)：TiFe納米顆粒的設計合成

研究人員(yuán)通過氫化煅燒法合成TiFe合金，在此基礎上添加表面活性劑進行濕化學球磨來降低TiFe顆粒的尺寸。通過XRD精修計算出産物(wù)中(zhōng)TiFe含量爲92 %， TEM證明了TiFe顆粒尺寸約爲500 nm。

要點二：MgH2/TiFe/CNTs複合材料的吸放(fàng)氫熱力學與動力學性能

MgH2/TiFe複合材料可以實現低溫吸放(fàng)氫，初始吸、放(fàng)氫溫度可分(fēn)别低至25 ℃與175 ℃。此外(wài)， MgH2/TiFe可以在300 ℃ 10分(fēn)鍾内釋放(fàng)6.5 wt%的氫氣，在125 ℃下(xià)一(yī)小(xiǎo)時内的可逆儲氫量達到了5.3 wt%，表現出快速的吸放(fàng)氫動力學性能。然而熱力學性能測試結果表明TiFe與碳納米管無法有效降低MgH2的熱力學穩定性。

要點三：MgH2/TiFe/CNTs複合材料循環性能的提升

MgH2/TiFe複合材料随着吸放(fàng)氫循環次數的增加，循環容量開(kāi)始衰退；雖然增大(dà)吸氫壓力可以使MgH2/TiFe複合材料循環容量回升，但無法改變其動力學性能的下(xià)降。

通過添加CNTs可以維持MgH2/TiFe複合材料的循環性能，在16次循環後，吸放(fàng)氫速率和容量并沒有明顯的下(xià)降。

MgH2/TiFe/CNTs複合材料循環性能曲線

文章鏈接

Achieving superior hydrogen storage properties of MgH2 by the effect of TiFe and carbon nanotubes”

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721016867

通訊作者介紹

張劉挺副教授。

2011年本科畢業于浙江大(dà)學，博士師從浙江大(dà)學材料科學與工(gōng)程學院陳立新教授。2016年加入江蘇科技大(dà)學，現爲能源與動力學院新能源科學與工(gōng)程專業副教授。長期從事儲能材料的研究和開(kāi)發。目前擔任《Rare Metals》、《稀有金屬》期刊青年編委，以第一(yī)作者/通訊作者身份在Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Magnesium and Alloys、Applied Surface Science、Journal of Physical Chemistry C、International Journal of Hydrogen Energy、Journal of Alloys and Compounds、Rare Metals等學術刊物(wù)上發表30多篇研究論文，h-index=15。

陳立新教授。

浙江大(dà)學教授、博士生(shēng)導師，材料科學與工(gōng)程學院副院長。兼任中(zhōng)國可再生(shēng)能源學會常務理事、氫能專業委員(yuán)會副主任委員(yuán)，中(zhōng)國氫能标準化技術委員(yuán)會委員(yuán)，中(zhōng)國稀土學會理事，教育部高等學校材料類專業教學指導委員(yuán)會副秘書(shū)長。入選教育部"新世紀優秀人才支持計劃"。主要從事各種氫化物(wù)材料的基礎研究以及氫化物(wù)固态儲氫裝置與技術、加氫站固态/高壓儲氫技術、燃料電池氫源系統、氫同位素分(fēn)離(lí)與儲存技術、内燃機氫-油混燃技術、新型電池材料等應用開(kāi)發。先後主持完成國家重點研發計劃、863計劃、973計劃、國家自然科學基金、浙江省科技重點專項等20餘項研究項目（課題）。研究成果已獲得28項授權發明專利和1項教育部科技進步一(yī)等獎，參與編寫多項氫能技術國家标準，并在Nature Energy, Nano Energy, Journal of Materials Chemistry等重要期刊上發表300餘篇學術論文。

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