一种基于硼氢化钠的新型储氢材料研究

赵顺禹，张　溪

一种基于硼氢化钠的新型储氢材料研究

赵顺禹，张溪

（南昌工程学院 机械与电气工程学院，江西 南昌330099）

硼氢化钠的水解产物是一种新的储氢材料，其良好的可逆储氢能力在5MPa氢气压力真空条件下3分钟后在室温下吸收氢150。根据报道，它已被证明，这两种改变的催化剂NaBH4水解和添加催化剂直接插入接口是两个非常有效进一步提高接口的储氢容量。对hpsb-y2o3脱氢TiO2分别掺杂均达到重量2.4%和重量4.6%。重要的是对hpsb-y2o3可逆的脱氢能力不下降后成功——超循环。相比之下，对hpsb-ceo2可逆脱氢高达到重量5.9%，在室温下5分钟后3MPa氢气压力150氢吸附。

硼氢化钠；储氢材料；水解产物；可逆容量

目前，由于经济增长对能源的巨大需求，导致能源供应问题与环境污染直接的矛盾日益突出。新型清洁能源的开发与利用对现代工业的未来发展是非常重要的。社会已经深刻认识到氢作为获得重复利用的储能是一种可以选择的材料，它的能量燃烧得干净，它是宇宙中最丰富的元素，也是最轻的燃料，也是其单位能量最高的。然而，围绕氢储存的问题仍然未解决。固态贮氢是一种理想的方法，因为其具有高密度氢容量，安全性，和潜在的可逆储氢性等特点。

报道称金属构件在一定的物理条件下具有较高表面能吸附约9wt%的氢。报道还称，锂掺杂的微孔在77K温度下可以吸附6.1wt%的氢。这工作组的储氢新记录（物理吸附）都是在给定的条件下。相比之下，储氢能力在室温下吸附明显比物理吸附大的多。施密特等人提出的对金属复合材料NaAlH4氢化物的研究显示：Na3AlH6铝氢化钠在100Pa的条件内2h氢气到2.4wt%。到目前为止，许多储氢材料的氢存储能力仍在持续改进，但是仍然相对较少。由此表明，要达到令人满意的固态储氢材料的储氢度，就必然要在工厂实际工艺中给予苛刻的吸附条件（如高压或者高温），让材料吸收或者释放氢的速度变快或者变慢。因此，改善储氢材料的温度条件和发现更好的新材料成为当前研究的主要目标。

1　实验

（1）材料制备。Co-B/稀土氧化物（CeO2和Y2O3）准备分两步。第一步，CoCl2·6H2O在加催化剂硼氢化钠的条件下溶解在去离子水中。这个CoCl2·6H2O是用硼氢化钠还原，生成的co-b过滤，用去离子水反复清洗，然后氩气套箱中干燥。第二步，硼氢化钠碱溶液加入含Co-B/稀土氧化物（CeO2和Y2O3）。在NaOH含量硼氢化钠碱溶液为4wt%。对Co-BCeO2和Y2O3按照摩尔比为1:1。硼氢化钠的制备、稀土氧化物的摩尔比约为7:1。反应结束后完成产品经过滤和干燥，得到黑色材料，我们称为钠硼解产物——氢化物（样本）。掺杂的TiO2样品包括Y2O3包括了样本Y2O33，7，10，12，15WT%的二氧化钛。

（2）储氢能力实验监测。微观研究的原始样本，将CeO2和Y2O3和脱氢接口样品加入CeO2和Y2O3后三周期显示样本包括一个像许多不规则结构的同样大小的孔，如图1所示。比较原始的hpsb-ceo2和hpsb-y2o3（图1A、B），可以看出，hpsb-ceo2比hpsb-y2o3更均匀。组织结构真正的hpsb-y2o3显示明显fi不能团聚。后三可逆循环，对hpsb-y2o3组织类似的原始样本（图1B和D）。不过对hpsb-ceo2组织似乎已经发生了压实较原始样品（图1A和C）。这可以解释在图3A的可逆的脱氢反应的结果和B，作为对hpsb-ceo2结构压实后三可逆循环导致可逆容量下降。

图1　原始接口样品将CeO2和Y2O3的SEM照片和脱氢接口样品加入CeO2和Y2O3后三周期：（a）原始hpsb-ceo2，（B）（C）hpsb-ceo2原始hpsb-y2o3，循环三次后，（d）hpsb-y2o3循环三次后

（3）材料特性。一个mxp21vahf X测定相组成—射线衍射仪（XRD）用铜卡辐射。X射线——测量衍射角之间的张力在10和九十速度为0.102每一步。对掺杂样品的微观结构进行了分析扫描电子显微镜（扫描电镜）。这项研究是按——使用s4800显微镜形（日立，日本）的操作在加速电压为3V。

2　结果分析与讨论

我们的新的储氢材料是由的硼氢化钠催化水解CoCl2如上。简称样本其水解反应

在这一反应中，我们混合稀土氧化物CeO2和Y2O3按1:1的比例，然后采用材料硼氢化钠作为催化剂。其微观结构分析如图2所示，NaBH4水解产物的制备、Y2O3催化，观察到异常结构。图2中的扫描电子显微镜图像表明：样本具有许多像阿克状结构一样大小的孔。说明该材料具有更利于吸附的表面。

图2　NaBH4水解产物的扫描电镜照片

对样本的脱氢/加氢能力在不同的压力——温度条件进行试验。在进行加氢试验，首先将其温度加热到200℃以下并保持10min，以逐除孔隙中残余气泡，如水蒸气和氢气。室温下5min，控制样品的吸附氢的能力。最后，对样品氢气在一定温度下真空条件进行加热。无花果线3和2显示的是在3MPa和8MPa氢气压力、在室温下约5min，该材料在不同的脱氢曲线。如图3所示，在增加氢气压力从2MPa增加到3MPa时可逆脱水——样品的性能增加。然而，在增加氢气压力从3～ 8MPa可逆脱氢的样品没有改变。脱氢温度的研究样品的可逆脱氢温度升高（如图4所示）。然而，在150℃以上在一个时间40min，仅略有增加。

无花果线3和2，氢吸附压力和脱氢温度组fi证实分别为3MPa和150℃。在此基础上，所有样品的储氢能力掺杂CeO2和Y2O3制备、制备、研究下相同的脱氢/氢化条件。所有接口样品加热到200fiRST在真空下条件下，然后暴露于氢下3MPa氢气压力在室温下约5min前测试。对接口的可逆的脱氢工艺在vacuumconditions 150如图1所示。它可以看到其可逆氢释放hpsb-ceo2达到5.9wt%；相比之下，前面可逆氢释放fromhpsb-y2o3的氢量只有2.4wt%。

图3　在150℃下、压力2MPa、3MPa和8MPa、5分钟hpsb-y2o3吸附的氢

图4　3MPa压力下不同温度下hpsb-y2o3吸附的氢

图5　温度150℃和压力3MPa下二氧化钛掺杂hpsb-y2o3的吸附氢曲线

原始接口样品的物相组成、充分氢化和脱氢接口接口样品加入CeO2和Y2O3样品后三个周期X射线衍射（如图5所示）。xrdmeasurements结果表明，结晶度的原始接口样品，样品的完全氢化的接口和接口将CeO2和Y2O3thedehydrogenated样品经过三个周期很低，结晶相所有的样本都没有明显不同。主要现了CeO2和Y2O3晶相。对于接口材料体系，主要相为非晶态。它是值得注意的是，没有新的晶相观察样品中加入CeO2和Y2O3接口之前吸附氢后。

我们的研究表明，氢的可重复性吸附hpsb-ceo2低得令人失望。对约二十样品制备只有三个样品重现性数据。储氢能力大多数样品是小于3wt%。相反，重复hpsb-y2o3的可重复性很高，甚至达到了100%。因此，虽然氢存储容量hpsb-y2o3低于hpsb-ceo2，效果加上hpsb-y2o3储氢量的TiO2研究（如图6所示）。结果表明，氢的释放TiO2掺杂hpsb-y2o3显著影响。在先有一个增加，其次是减少与增加添加二氧化钛量。最佳TiO2负载接口Y2O3，导致最有效氢的释放，效率达到4.6wt%。

图6　在真空条件温度150℃和压力3MPa下—二氧化钛掺杂hpsb-y2o3的可逆脱氢曲线

3　结语

文章提出的新材料，在一定的温度条件下具有良好的储氢的表现良好的可逆容量。实验结果表明，hpsb-y2o3和 hpsb-TiO2材料其储氢量分别达2.4wt%和4.6wt%。可逆循环结果表明，hpsb-y2o3和hpsb-TiO2具有连续循环可逆脱氢不下降的能力。在150℃后在室温下5min的氢吸附、3MPa压力下，虽然可逆脱水——这个样品性能很高，达到5.9wt%，比较可逆循环的hpsb-ceo2性能很差。因此，本研究表明，NaBH4水解催化剂加入催化剂的接口样本，改变其构成是提高储氢容量接口非常有效的方法。

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Research on A new hydrogen storage material Based on Sodium Borohydride

ZHAO Shun-yu，ZHANG Xi
（Mechanical and Electrical Engineering College，Nanchang Institute of Technology，Nanchang，Jiangxi 330099，China）

The hydro1ysate of sodium borohydride is a new hydrogen storage materia1，it shows good reversib1e capacities for hydrogen storage，under 5 MPahydrogen pressurevacuumcondition，after 3 minutes，it absorbs 150 at room temperature.It has been shown that both changing the cata1ysts forNaBH4hydro1ysis and adding cata1ysts direct1y into HPSB are two very effectivemethods tofurther improve HPSB hydrogen storage capacity.The dehydrogenation of HPSB-Y2O3andTiO2-doped HPSB-Y2O3were found to reach 2.4wt%and 4.6wt%，respective1y.Important1y，the reversib1e dehydrogenation abi1ity of HPSB-Y2O3does not decrease after successive cyc1es.In comparison，the reversib1e dehydrogenation of HPSB-CeO2is higher andreaches 5.9 wt%at 150 after hydrogen adsorption for 5 min at room temperature under3 MPa hydrogen pressure.

sodium borohydride；hydrogen storage materia1；hydro1ysate；reversib1e capacity

TB34

A

2095-980X（2016）03-0043-03

2016-03-07

南昌工程学院大学生创新创业训练项目（国家级）2013-12。南昌工程学院大学生科研训练项目（校级）2014-5。

赵顺禹（1993-），辽宁沈阳人，大学本科，主要研究方向：材料成型及控制工程。