基于铝水反应的新型制氢复合材料研究

研究了铝基复合材料在铝水反应过程中的制氢性能,所用的铝基复合材料由高能机械球磨法制备。发现在Al-Bi-Na Cl体系中添加少量的碱金属(锂、钠、钾)或氢化物(Li Al H4、Li BH4)后,材料在室温下纯水中的放氢量和放氢速率都有了很大提高,通过调整掺杂物的种类和添加量,得到性能相对最佳的铝基复合材料拥有高达2 016 m L/(min·g)的初始放氢速率,并且能在1 min内放出几乎全部的理论产氢量。

膨胀石墨/LiBH_4复合储氢材料脱氢性能研究

研究了多孔膨胀石墨(EG)负载Li BH_4复合储氢材料(EG/Li BH_4)的脱氢性能。使用溶液浸渍的方法,成功制备了EG/Li BH_4复合储氢材料。使用物理吸附仪、X射线衍射(XRD)、热重(TG)、压力-组份-等温测试仪(PCT)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)及扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征,分析了其脱氢温度和脱氢动力学性能改善的原因。结果表明,膨胀石墨负载的Li BH_4的脱氢温度和放氢动力学性能均得到有效的改善。其脱氢温度较球磨后的纯Li BH_4降低了100℃。Li BH_4在膨胀石墨中的负载量为46.9%(质量分数)时,360℃、真空条件下1 h内就能释放8.4%(质量分数)的H_2。

K^(+)诱导氰基修饰g-C_(3)N_(4)光催化剂的一步合成及性能

为了提高石墨相氟化碳(g-C_(3)N_(4))的可见光利用率,采用同时加热尿素和氢氧化钾的一步热缩合法制备K^(+)掺杂g-C_(3)N_(4)(CN-K_(x))。XRD、SEM、TEM和EDX图谱分析表明,K^(+)成功地掺杂在g-C_(3)N_(4)上;FTIR和XPS结果证实K^(+)掺杂后g-C_(3)N_(4)表面有氰基生成;PL、EIS和瞬态光电流响应数据表明,掺杂后形成的氰基与K^(+)之间具有协同作用,这有利于光生电子-空穴的分离和转移,提高光催化活性。光降解实验结果表明,优化后的CN-K_(0.009)样品在80 min内能去除100%的罗丹明B (RhB),且RhB的降解速率达0.054 min^(-1),是纯氮化碳的4.2倍(降解速率为0.013 min^(-1));进一步的带隙分析表明,CN-K_(0.009)的带隙从纯氮化碳的2.67 eV缩短到2.59 eV,这是由于K^(+)辅助聚合的作用增强了可见光吸收和载流子传输。动力学研究结果表明,超氧自由基和空穴(h^(+))主导了RhB氧化过程。另外,CN-K_(0.009)同样能高效降解其他有机污染物,比如碱性品红(91.7%)、刚果红(85.7%)和四环素(74%)。

电解质的改性对稀土合金电化学性能的影响

为了改善氢镍电池用稀土储氢合金的电化学性能,研究了电解质改性对La_(0.7)Mg_(0.3)Ni_(3.5)合金电极电化学性能的影响。在6 mol/L的KOH原电解液中分别添加适量LiOH、NaOH、Cu(OH)_2后,电极的最大放电比容量和活化性能没有太大的变化,但电极的容量保持率和高倍率放电性能都有明显提高。

聚吡咯/脲醛树脂多孔碳的超级电容性能

以脲醛树脂（UF）为前驱体,经高温碳化和氢氧化钾溶液活化处理,制备脲醛树脂多孔碳（UFC）,采用原位化学聚合法制备聚吡咯（PPy）/UFC复合材料。通过SEM、XRD和红外光谱等分析复合材料的形貌和结构特征;采用循环伏安、电化学阻抗和恒流充放电测试复合材料的电化学性能。PPy/UFC复合材料比单独的PPy和UFC具有更高的比表面积和更好的电化学性能,以4 A/g在-1.0-0 V循环,比电容为545 F/g,循环2 000次的电容保持率为91%。

掺加卤化钠改善金属镁的初始活化性能

金属镁用作储氢材料时由于表面存在氧化膜,在首次吸氢反应过程中需要一定的时间活化,即存在着吸氢孕育期。为了消除这个孕育期,本文利用高能机械球磨法在金属镁中掺杂卤化钠(NaCl和NaBr)。结果表明,加入NaCl、NaBr添加剂后,样品Mg-NaCl和Mg-NaBr在2 000kPa氢气压力下,573和608K时的首次吸氢反应中均没有检测到孕育期的存在,吸氢量分别为5.6和5.0%(质量分数)。虽然利用高能机械球磨法掺杂卤化钠能显著改善金属镁的首次吸氢反应动力学性能,但在调控热力学性能方面没有发挥太大的作用。

Cr-MOFs/氧化石墨烯复合材料H_2及CO_2储存研究

采用水热法合成了不同配比的金属有机框架化合物(metal-organic frameworks,MOFs)MIL-101和氧化石墨烯的多孔复合材料,并测试了其对氢气和二氧化碳的吸附性质。对多孔复合材料进行了X射线粉末衍射、红外光谱、热重分析和氮气吸附等一系列表征分析。复合材料与MIL-101具有相似的晶体结构和物理性质,但H2和CO2的吸附性能分别提高了3.7%和12.5%:在77 K和0.1 MPa条件下,H2的吸附量从MIL-101的1.87%(质量分数)提高到MG-2的1.94%;在273 K和0.1 MPa条件下,CO2的吸附量从MIL-101的5.43 mmol/g提高到MG-2的6.11 mmol/g。分析认为,由于多孔的MOFs材料MIL-101在氧化石墨烯表面环氧基团作用下,其晶粒尺寸得到控制且均匀分散,因此复合材料的气体吸附性能得到了显著的改善。

纳米限域的十四醇相变材料的相变行为研究

选取十四醇为相变材料、具有不同孔径的硅胶为载体,采用物理浸渍法制得十四醇/硅胶复合相变材料。借助差示扫描量热仪对限域的十四醇的相变行为进行表征。结果表明,限域的十四醇具有良好的热循环稳定性。随硅胶孔径的减小,限域的十四醇与硅胶孔壁的相互作用加强、其相变温度向低温方向移动。研究结果还表明通过纳米限域可对相变材料的相变温度进行调控;可实现将固-液相变材料制成定型相变材料,从而抑制相变材料的流失。

赤藓糖醇相变储热材料研究进展

赤藓糖醇具有较高的相变焓、无毒以及优异的热稳定性,作为综合性能较好的中温相变储能材料被广泛研究。但是,赤藓糖醇在相变过程中存在易泄漏、过冷度大以及导热性能较差的缺点,导致其热能的利用效率不高,极大地限制了其作为储热材料的应用。本文综述了近年来在解决赤藓糖醇相变储热材料易泄漏、过冷度高和热导率低等问题的研究进展。赤藓糖醇定型复合相变储热材料的制备方法主要有共混压制法、静电纺丝法、微胶囊法及多孔材料吸附法等,可根据不同制备方法采取相应复合策略以达到对其封装定型、降低过冷度和提高热导率的目的。最后认为未来对赤藓糖醇复合相变储热材料的研究除了解决其本身存在的热性能问题,还需对其进行功能化,以拓展其应用前景。

LiNH_2-MgH_2-LiH体系储氢性能及其机理研究

基于2LiNH_2-MgH_2二元体系,利用机械球磨法制备了3LiNH_2-MgH_2-2LiH三元体系,并研究了其放氢性能和机理。结果表明,LiH的添加明显改善了材料的微观结构,抑制了样品颗粒团聚,进而使放氢温度降低了30℃。与二元体系相比,在300℃下放氢量增加了21%,同时成功抑制了副产物氨气的释放。对三元体系添加KH进行催化改性,使得材料的放氢温度进一步降低。此外,对材料的放氢性能与固体样品的热扩散性能之间建立了关联,阐述了随热扩散系数的增加,材料的放氢性能随之提高的机理。

[Ni(phen)2·Co(phen)2·2Co(DPC)2·4H2O]·13H2O双金属配合物的合成及其晶体结构

采用水热法成功合成了一种结构新颖的二维层状钴镍双金属配合物[Ni(phen)2·Co(phen)2·2Co(DPC)2·4H2O]·13H2O(phen=1,10-菲啰啉,DPC=2,6-吡啶二羧酸),采用单晶X射线衍射对其结构进行了表征。结果表明该配合物属于三斜晶系、P1空间群,其晶胞参数为:Mr=1922.98,a=10.0585(18)nm,b=14.684(3)nm,c=14.931(3)nm,α=74.078(6)°,β=78.399(6)°,γ=75.279(6)°,V=2030.5(7)nm^3,Z=1。

Co基合金催化NH3BH3/LiBH4水解制氢性能的研究

使用Na BH_4还原金属盐制备非晶态纳米合金Co-Ni-W-B催化剂,改进NH_3BH_3/Li BH_4复合体系的室温水解放氢性能。使用物理吸附仪、XRD、SEM等对合金催化剂进行了表征。实验表明,通过Co-Ni-W-B的催化,NH_3BH_3/Li BH_4复合体系于室温条件下在10 min内完成放氢。当进一步加入Ni Cl_2,可使该体系在6 min内完成放氢。实验研究了复合催化剂的循环催化性能,并利用质谱仪对复合体系的催化放氢产物进行了检测,发现产物中只有氢气存在,可直接为燃料电池供氢。

MgH_2/PMMA复合储氢材料的制备及其脱氢研究

利用固相球磨和液相超声的方法合成了Mg H2/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)复合储氢材料。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其表面形貌及晶体结构进行了表征。77 K氮气吸附实验表明Mg H2/PMMA复合材料的比表面积随着PMMA复合量的增加而降低。通过热重分析(TG)对Mg H2/PMMA复合材料的脱氢过程进行了表征,结果显示复合材料的脱氢性能得到了提高,起始脱氢温度由420℃降低到120℃。利用热重-质谱(TG-MS)联用技术,对复合材料的脱氢产物进行了表征。

聚吡咯壳聚糖复合气凝胶的制备及光热性能

以聚吡咯(PPy)作为高效宽谱太阳光吸收的光热转换材料,通过固-液冷冻干燥法制备聚吡咯壳聚糖复合气凝胶(PPyCS)应用于太阳能驱动水蒸发系统。通过控制气凝胶交联程度和聚吡咯聚合时间对PPyCS制备工艺进行系统性优化。结果表明,所得气凝胶具有高吸光率(97.83%)。在1 kW/m^(2)光照强度下,复合气凝胶实现了水蒸发速率为3.1 kg/(m^(2)·h)的高效太阳能水蒸发系统;通过对离子质量浓度为1000 mg/L的模拟海水进行重复性测试,循环5次后,光热转换效率基本保持不变;对天然海水实现了高效水蒸发速率(1.129 kg/(m^(2)·h)),处理后的水质达到世界卫生组织饮用水标准。

尖晶石型金属氧化物的制备及光催化有机污染物降解:综述

有机染料已成为当今水质污染的重要来源,而大多有机染料对光稳定、不易降解,因此,利用光催化技术解决水源污染问题是目前研究的热点。尖晶石型金属氧化物半导体材料被证明是一种能有效利用太阳光催化降解有机污染物的催化剂。尖晶石型金属氧化物具有禁带较窄、可吸收可见光的特点。它们在光的照射下能激发产生电子和空穴,实现对有机染料的催化降解。如何调控尖晶石型金属氧化物的光催化性能,是当今国内外学者的研究重点。众多研究表明,影响尖晶石型金属氧化物催化性能的主要因素包括以下三个方面:(1)制备方法。其制备方法繁多,如热处理法(包括热分解)、水热-溶剂热法、溶胶-凝胶法、微波法、自燃烧法、共沉淀法、固态合成法、静电纺丝法等。制备方法不同可影响所制备材料的形貌、表面积、颗粒尺寸及禁带宽度等,从而影响材料的光催化性能。如对于ZnAl2O4,采用共沉淀法得到的材料的表面积为94.4m^2/g,而采用微波-水热法得到的材料的表面积大幅提高到279.7m^2/g;又如,采用金属硝酸盐和金属氯化物所制备的尖晶石型NiFe2O4的禁带宽度不同,分别为2.7eV和1.6~1.8eV。(2)掺杂第三种金属。对于禁带较宽的尖晶石型金属氧化物,可通过掺杂第三种金属来降低其禁带宽度。如金属Mg的掺杂使CoFe2O4的禁带宽度由2.4eV降至1.8eV,Ce^3+的掺杂可使ZnAl2O4的禁带宽度由3.8eV降至2.8eV,少量Bi的掺杂可使CoFe2O4的禁带宽度由1.4eV降至1.3eV。(3)光生电子和空穴的有效分离。光催化剂的活性取决于光生电子或空穴的有效量。为改善尖晶石型光催化剂的光催化活性,可通过掺杂导电性的材料(如石墨烯)或具有合适电位的金属氧化物(如ZnO)、限域等办法实现光生电子和空穴的有效分离,降低二者的复合率,从而提高催化剂的催化活性。目前报道的尖晶石型金属氧化物的种类很多,本文按金属酸根对其进行了分类,分别对尖晶石型铁酸盐、铝酸盐等材料的制备及光催化有机染料的降解机理进行了分析与总结,期望对开发新型的、具有优良催化性能的尖晶石型光催化剂提供一定的指导。

六方氮化硼单层中一种(CN)3VB缺陷的第一性原理计算

二维六方氮化硼(hBN)的点缺陷最近被发现可以实现室温下的单光子发射,而成为近年的研究热点.尽管其具有重要的基础和应用研究意义,hBN中发光缺陷的原子结构起源仍然存在争议.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究hBN单层中一种B空位附近3个N原子被C替代的缺陷(CN)3VB.在hBN的B空位处,3个N原子各自带一个在平面内的悬挂键及相应的未配对电子,而通过C替换可以消除未配对的电子.系统研究了(CN)3VB缺陷的几何结构、电子结构以及光学性质,结果表明,缺陷可以由一个对称的亚稳态经过原子结构弛豫变成1个非对称的、3个C原子连在一起的基态结构.缺陷的形成在hBN中引入了一些由缺陷悬挂σ键及重构的π键贡献的局域缺陷态.这些缺陷态可以导致能量阈值在2.58 eV附近的可见光内部跃迁.本文的工作有助于进一步理解hBN中点缺陷的构成及光学性质,为实验上探讨发光点缺陷的原子结构起源及其性质提供理论依据.

纳米限域的十七醇的相变行为研究

采用物理浸渍法将十七醇限域到硅胶的孔道中,制得十七醇/硅胶复合相变材料。借助差示扫描量热仪对限域的十七醇的相变行为进行表征。结果表明:随着硅胶孔径的减小,复合相变材料的相变温度向低温偏移。当硅胶孔径≤20 nm时,限域的十七醇的β相消失,在熔化过程中仅存在RII→L的相转变。同时发现限域的十七醇具有良好的热循环稳定性。研究证实纳米孔道可以影响相变材料的相变行为及调控相变材料的相变温度。

铝基材料水解制氢技术

氢能作为一种高焓值的绿色能源在解决未来能源危机和环境污染中备受关注,而铝水反应在众多制氢途径中被认为是最具优势的方法之一。本文着重论述了近几年铝基材料水解制氢技术的研究进展。铝水制氢是一种很有发展前景的储存和运输氢能的方式,但Al表面致密的氧化层阻碍了铝水反应的进行,使其难以在常温常压情况下产生氢气。为充分开发利用氢能源,可采用添加碱、氢化物、金属氧化物、无机盐等方式,或将金属单质与Al通过烧结、熔炼、球磨等先进的技术手段进行复合,能够有效地活化Al,从而实现低环境温度、短诱导时间、快产氢速率、高转化率的铝水反应,为燃料电池电动汽车现场供氢。

轻质储氢材料改性与热力学调控进展

为解决环境与能源问题,氢能作为一种理想的二次能源,受到国内外研究者的关注。众多储氢方式中,固态储氢能量密度高、安全性好,被认为是最具有发展前景的储氢方式之一。由轻质元素组成的储氢材料(包含金属氢化物、硼氢化物、铝氢化物、氨基氢化物、氨硼烷)因其具有高的储能密度成为储氢领域的研究热点。本文从热力学角度出发,对几种轻质储氢材料的研究进展,尤其是材料的改性进行了总结,并对轻质储氢材料的发展趋势进行了展望。

基于材料基因工程的储氢材料数据库构建及其应用

高密度储氢材料的加速研发对于我国能源经济转型、早日实现双碳目标至关重要.集成高通量计算、数据库及机器学习预测的数据驱动材料研发新范式有望缩短研发周期并降低研发成本.由于组分、结构、工艺及形貌等多重复杂性,目前储氢材料相关的数据驱动性能预测研究较少,尚缺乏一个较为系统的性质性能数据库.因此,本文中我们开发了智能化的数据挖掘引擎,通过已发表的学术论文中发掘储氢材料热力学、动力学储氢性能数据,以及现有的材料基因工程数据库数据中获取含氢材料物理化学性质,并结合高通量第一性原理计算数据,构建了储氢材料性质性能数据集.基于所构建的数据集进一步建立了储氢材料数据库,并应用晶体图形神经网络等机器学习方法对储氢材料的吸放氢质量、吸放氢温度进行预测.相关工作将数据驱动的材料研发新模式与储氢材料相结合,为发展实用高效的新型储氢材料提供有效的平台支持、数据支撑、方法指引.