镁基碳纳米管复合材料储氢性能的研究.pdf

硕士学位论文摘要本文在全面综述国内外储氢合金特别是镁基纳米非晶储氢合金的研究进展基础之上，详细讲述了近年来储氢材料的研究进展，介绍了储氢材料的应用前景，并指出储氢材料的发展趋势当前碳纳米管储氢课题已经成为纳米科技领域中的一项研究热点，本文借助于蒙特卡罗方法和分子动力学方法，对碳纳米管的储氢行为进行了模拟计算，计算结果表明：被吸附的氢分子主要出现在管内和管外的边缘附近：管内氢分子的分布出现分层现象，且管径越小，靠近管壁的氢分子分层现象越明显；在管内外靠近管壁处的氢分子与管壁有一定的空隙本课题以改善镁基储氢材料的吸放氢性能，开发新材料，降低材料成本为主要目的，通过机械球磨的方法制备了M g —N i 、M g —N i —C N T s 、M g —N i _ C N T s —T iO 储氢合金，研究了它们的最佳组分比、活化性能、吸放氢性能以及吸放氢过程中温度的变化实验结果表明：M g —N i 系二元储氢合金的储氢量随镍含量的变化而变化，当镍含量为2 0 ％( 质量分数) 时，储氢量最大，在5 5 3K 时吸氢量可达到5 ．4 1 9 ％，但放氢温度高、吸放氢动力学性能差，限制了其广泛应用。

M g —N i - C N T s 三元贮氢合金较M g —N i 合金在吸放氢量上有所提高，放氢温度明显下降，当C N T s 为lO ％，在l m in 内吸氢量达7 ．2 ％，在6 0 ～1 0 0 s 内放氢量达到6 ．2 ％三元贮氢合金表现出优异的储氢性能是N i 与C N T s 催化体相互补充的结果M g —N i —C N T s —T i O 四元贮氢合金与M g —N 卜C N T s 三元贮氢合金相比，吸放氢量没有显著地提高，但是由于T i 0 的加入，使得纳米复合材料氢化生成焓明显降低，活化性能得到进一步提高，而且大大提高了材料的使用寿命，降低了实验成本摘要：储氢材料碳纳米管镁基复合材料机械球磨镁基碳纳米管复合材料储氢忭能研究A b s t r a c tI nt h i st h e s i s ，b a s e do nt h er e v i e wo ft h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h eh y d r o g e ns t o r a g ea l l o y sa n dM g —b a s e da m o r p h o u sh y d r o g e ns t o r a g ea l l o y sh a V eb e e ne x t e n s i V e l yr e V i e w e d ．T h et e c h n o I o g yo fh y d r o g e ns t o r a g ei sak e yp r o b l e mf b rh y d r o g e na p p l i c a t i o n ．D e v e l o p m e n to fr e s e a r c ho nh y d r o g e ns t o r a g em a t e r i a l sw a sr e V i e w e d ；t h ea p p l i c a t i o no fh y d r o g e ns t o r a g em a t e r i a l sw a si n t r o d u c e d ；a n dt h et r e n do fh y d r o g e ns t o r a g em a t e “a l si nf l u t u r ew a sp u tf - 0 r 矾像r d ．U s j n gc a r b o nn a n o t u b e st os t o r eh y d r o g e nh a sb e e nah o t s p o ti nt h ef l e l do fn a n o t e c h n o l o g y ．I no r d e rt oi n V e s t i g a t et h ep r o c e s so fc a r b o nn a n o t u b e ss t o r i n gh y d r o g e nd y n a m i c a l l y ，t h i sp a p e rs i m u l a t e dt h ep e r f b r m a n c eo fh y d r o g e ns t o r a g ei nc a r b o nn a n o t u b e sb ym e a n so fm o l e c u l a rd y n a m i c sa n dg o ts o m ec o n c l u s i o n sf r o md r a m a t i ci m a g e s ．T h ea d s o r b e dh y d f o g e nm o l e c u l e sa p p e a fa tt h ee d g e so fi n s i d ea n do u t s i d et h et u b ew a l l ，p r e s e n t i n gl a y e r e dp h e n o m e n o n ．T h es m a l l e rt h ed i a m e t e ro ft h et u b e ，t h em o r eo b v i o u sl a y e r e dp h e n o m e n o n ，a n dt h e r ei sac e r t a i ng a pb e t w e e nt h et u b ew a l la n dh y d r o g e nm o l e c u l e sw h i c ha r en e a rt h et u b ew a l l ．I tp r o V i d e sa ne s s e n t i a lt h e o r e t i c a le v i d e n c ef b rs t u d y i n gm e c h a n is ma n dc a p a c i t yo fh y d r o g e ns t o r a g ef ．u r t h e r ．T h ep r o je c tf 6 c u s e do ni m p r o V i n gt h eh y d r i d i n g - d e h y d r i d i n gp r o p e r t i e so fM g - b a s eh y d r o g e ns t o r a g em a t e r i a l sa sw e l la sd i s c o v e r i n gn e wr a w m a t e r i a l si no r d e rt or e d u c em a t e r i a lc o s t ．M e c h a n i c a lb a l lm i l l i n gw a ss e l e c t e da st h em e t h o dt op r e p a r et h en a n o c o m p o s i t e so fM g ．N i ，M g —N i - C N T s ，M g —N i —C N T s —T i 0 2 ．T h ec h a n g e si np a r t i c l es i z ea n dc r y s t a ls t r u c t u r ed u r i n gt h ec o u r s eo fb a l lm i l l i n gw e r ec h a r a c t e r i z e db yX R Da n ds c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( S E M ) ．B a s e do nc h a r a c t e r i z a t i o nr e s u l t s ，t h eh y d r i d i n gm e c h a n i s mo fn a n o c o m p o s i t ef r o mm a g n e s i u ma n dc a r b o nw a si n v e s t i g a t e da sw e l Ia st h er e a s o n sf b rc r y s t a ls t r u c t u r et r a n s f ．0 r m a t i o ni nh y d r i d i n g —d e h y d r i d i n gc v c l e s ．K e yw o r d s ：h y d r o g e ns t o r a g em a t e r i a l s ，m a g n e s i u m ，c a r b o n ，m e c h a n i c a lb a l lm i l l i n gI I兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名：鸹撕学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务誓需萎耋；兰争秒导师签名：力卅o 》日期：哗醐：1 年日日7r、／伯蝴硕士学位论文第1 章绪论能源与人类社会的生存与发展休戚相关根据有关资料报道，19 9 9年全球人口为6 0 亿，近几年来每年约以l 亿的速度在增加，预计到2 l世纪中期将增加到1 0 0 亿，能源消耗将增加5 0 ％～l0 0 ％与此同时，人类消费能源的结构也随之发生变化，这种变化一方面反映出人类能源技术的进步，另一方面也反映出产业结构和社会生活的变化。

从7 0 年代开始，原油已代替原煤在能源消费中占据首位，天然气也在逐渐取代煤和煤气的位置而我国的能源结构仍以原煤为主，19 0 0 年全国能源消耗的比例是：原煤7 5 ．0 ％，原油17 ．5 ％，天然气1 ．6 ％，水电5 ．9 ％全球化石能源的预测储量，就石油而言，1 9 9 1 年探明的储量为13 5 0 亿吨，而19 9 0 一2 0 2 0 年的消耗量是1 0 0 0 亿吨这样，化石能源中的石油很快就会耗尽虽然各种报道不尽相同，但多数人认为2l 世纪后期将无油可用因此，如何有效地利用化石能源，减缓能源消耗速度，特别在我国，这是当务之急只有发展新能源，发展清洁的新能源，才能从根本上解决能源问题¨’2 ’3 1 目前提到的新能源主要有太阳能、生物质能、核能( 新型反应堆) 、风能、地热、海洋能等一次能源和二次能源氢能等，其中氢能、太阳能、核能是有希望在2 1 世纪得到广泛应用的能源新能源的发展一方面靠利用新的原理( 如聚变核反应、光伏效应等) 来发展新的能源系统，同时还必须靠新材料的开发与应用，才能使新的系统得以实现，并进一步地提高效率、降低成本因此氢能利用的关键之一就是氢的存储，储氢材料的研究也。