论文总字数：26497字

摘 要

镁氢化物(MgH₂)具有高的储氢能力、优良的可逆性和丰富的氢源，被视作比较有发展前途的固体储氢物质之一。可惜，MgH₂脱附以及吸收氢的热力学与动力学性能差等缺点阻碍了它的进一步实际应用。为解决以上问题，本课题致力于制备3DOM TiO₂催化剂，并探究催化剂的不同孔径大小对MgH₂吸放氢性能的影响。本课题以聚甲基丙烯酸甲酯微球（PMMA）作为模板，借助胶晶模板法合成得出了3DOM TiO₂催化剂，并借助机械球磨的方式将其引入到MgH₂体系中。利用XRD以及SEM对催化剂的物相组成和微观形貌进行研究与表征，利用DSC、PCT等测试探究样品的储氢性能，并利用XPS测试Ti在吸放氢过程中的价态变化从而分析催化机理。预测结果将显示，XRD图案得到立方锐钛矿相的衍射峰，与直接添加TiO₂相比，引入3DOM TiO₂能够显著改善MgH₂的储氢性能，提升吸放氢量，样品的脱氢起始温度以及峰值温度将会下降，且孔径越小的3DOM TiO₂对于MgH₂储氢性能的改善越高。

关键词：储氢材料 MgH₂ 3DOM TiO₂ 胶晶模板法 PMMA

Study on hydrogen storage capacity of MgH₂ for 3DOM TiO₂

Abstract

Magnesium hydride (MgH₂) has been seen as one of the most promising solid-state hydrogen storage materials owing to its high hydrogen capacities(7.6wt.%), excellent reversibility and abundant source. Unfortunately, the disadvantages of MgH₂ desorption and poor thermodynamic and kinetic properties of hydrogen absorption hinder its further practical application. In order to solve the above problems, this subject is dedicated to the preparation of 3DOM TiO₂ catalyst, then explore the effects of different pore sizes of the catalyst on the hydrogen absorption and desorption performance of MgH₂. During this study, using polymethyl methacrylate microspheres (PMMA) as a template, 3DOM TiO2 catalyst was synthesized by colloid crystal template method, and it was introduced into the MgH₂ system by mechanical ball milling. The phase composition and morphology of the catalyst were studied and characterized by XRD and SEM. Using XPS to test the valence change of Ti during hydrogen absorption and desorption to analyze the catalytic mechanism. The hydrogen storage performances of the samples were explored by DSC, PCT and other tests. The prediction results will show that XRD pattern shows the diffraction peak of cubic anatase phase，compared with the direct addition of TiO₂, the introduction of 3DOM TiO₂ can significantly improve the hydrogen storage performance of MgH₂, increase the amount of hydrogen absorption and desorption, the sample dehydrogenation start temperature and peak temperature will decrease, and the smaller the pore size 3DOM TiO₂ improves the hydrogen storage performance of MgH₂ the higher.

Keywords: Hydrogen storage materials; MgH₂; 3DOM TiO₂; Colloidal crystal template method; PMMA

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 氢能的存储 1

1.3 MgH₂储氢材料 2

1.3.1 MgH₂储氢材料概述 2

1.3.2 MgH₂吸放氢过程 3

1.4 MgH₂储氢材料的改善方式 3

1.4.1 合金化 4

1.4.2 纳米化 4

1.4.3 掺杂催化剂 4

1.5 过渡金属及其氧化物对于镁基储氢材料的改善 5

1.5.1 掺杂过渡金属元素 5

1.5.2 掺杂过渡金属氧化物 5

1.6 3DOM材料 6

1.6.1 3DOM材料概述 6

1.6.2 过渡金属或氧化物3DOM材料 6

1.6.3 3DOM材料的制备 7

3. 10

1.7 研究目的和内容 12

1.7.1 研究目的 12

1.7.2 研究内容 12

第二章 实验方案 13

2.1 实验原料与实验仪器 13

2.1.1 实验原料 13

2.2 实验方法 14

2.2.1制备单分散PMMA微球 14

2.2.2 PMMA微球模板的组装 15

2.2.3 TiO₂前驱体的制备 16

2.2.4 在模板间隙填充TiO₂前驱体 16

2.2.5 去掉模板得到3DOM TiO₂ 16

2.2.6 将3DOM TiO₂引入MgH₂体系 16

2.3 表征方法 17

2.3.1 物相分析 17

2.3.2 微观结构表征 17

2.3.3 样品吸放氢性能测试 17

第三章 预测实验结果 19

3.1 3DOM TiO₂的物相组成预测分析 19

3.2 3DOM TiO₂的微观结构预测分析 19

3.3 MgH₂ 5wt.% 3DOM TiO₂（A,B,C）样品放氢性能预测分析 20

3.4 MgH₂ 5wt.% 3DOM TiO₂（A,B,C）样品吸氢性能预测分析 22

3.5 MgH₂ 5wt.% 3DOM TiO₂（A,B,C）样品循环性能预测分析 23

3.6 MgH₂ 5wt.% 3DOM TiO₂（A,B,C）样品催化机理预测分析 24

第四章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 26

参考文献 28

致谢 33

第一章 文献综述

1.1 引言

能源是人类文明正常运行与运转的重要依靠。我们对能源所施加的挖掘，开采以及使用始自原始的化石燃料，例如煤炭、原油和天然气，进入工业革命时代，人们开始利用蒸汽能与电能，近年来，太阳能、风能、水能以及核能这些无污染和可以循环利用的能源形式也被逐渐利用起来。

虽然当今社会主要使用的仍然是传统的化石燃料，但由于化石燃料总量有限且使用过程中造成的环境污染较为严重，寻找可替代的新型清洁无污染，储量大的替代能源，成为全球诸国共同关心的问题。

请支付后下载全文，论文总字数：26497字