金属多层核壳结构中功能组元的界面交互作用及其调变MgH2吸放氢行为

批准号:
51701004
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
丁晓丽
依托单位:
学科分类:
E0108.金属能源与环境材料
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
晋传贵、史晓斌、张雪洋、毛虎、冯晶晶
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中文摘要
催化掺杂是改善Mg基储氢材料性能的重要手段。然而,关于催化剂的晶面及界面效应影响Mg的可逆吸放氢行为的研究较少,尤其是多功能催化剂各组元之间的界面交互作用未知。为此,本项目在前期工作的基础上,拟采用直流等离子电弧放电法制备多功能碳包覆金属多层核壳结构催化剂,明确制备参数、合金靶材对构建金属多层核壳纳米结构的影响规律,揭示不同功能层以不同晶面取向作用时的结构与化学特征,阐明多层界面交互作用与催化性能之间的内在关联,并揭示界面交互作用对MgH2吸放氢热力学、动力学和循环性能的影响机制。本项目所获得的结果将完善多功能核壳结构催化剂设计及界面交互催化作用机理,以期为Mg基储氢材料的实际应用提供理论支持和技术突破。
英文摘要
Catalytic doping plays an important role in improving hydrogen storage properties of Mg-based materials. However, there exist some unknown problems about the effects of exposed crystal plane and interfaces on their catalytic behaviors, especially for interface interactions of the multifunctional catalysis. To overcome it, based on our earlier work, in this project we develop multi-layers carbon-coated metallic catalysts with core-shell nanostructures by the dc plasma arc discharge method. Firstly, the influence of prepared characteristics and kinds of targets on the formation of core-shell nanostructures is systematically explored; secondly, the structural and chemical features of the crystal orientation of different multifunctional layers are ascertained carefully; thirdly, the intrinsic relevance of interfacial interactions with catalytic properties is clarified; fourth, the mechanisms of interfacial interactions in improving thermodynamics, kinetics and cyclic properties of MgH2 are deeply understood. The results of this project have some degree of guiding significance in design of multifunctional core-shell catalysis, improvement of interfacial interactions mechanisms and development of Mg-based materials with better performances for hydrogen storage.
利用氢与材料的相互作用形成氢化物的固态储氢具有较高的能量密度和安全性,被认为是最具发展前景的储存技术。如何调变 MgH2的吸/放氢热力学本性并克服其动力学能垒成为当前固态储氢的主要技术挑战。为此,本项目首先可控制备了多种负载型Ni基纳米催化剂,系统研究了催化剂尺寸、形貌和分散程度与增强储氢性能之间的相关性;其次,基于Ni原子与TiO2表层原子发生交互作用构建Ni‒O‒Ti活性团簇,有效地调变Mg‒H体系的电子迁移过程,从而调控MgH2复合体系的储氢性能;最后,深入研究了金属固溶对Mg基储氢材料性能的内在增强作用机制。结果表明:1)Ni催化剂空间分布越均匀,与氢化物的接触程度越紧密,MgH2的吸/放氢反应就越容易进行;2)基于原子交互作用形成Ni‒O‒Ti团簇活性中心,有效调控Mg‒H体系的电子迁移过程和弱化化学键,从而实现低温可逆储氢;3)Ti固溶有利于抑制孪晶和低温相的形成,从而显著提升Mg基合金的储氢动力学性能。通过本项目工作,发表SCI收录论文5篇(均标注基金号),申请国家发明专利2项,培养硕士研究生1人,参加国际学术会议1次。本研究工作不仅为探索储氢材料高效催化剂的设计和制备提供了理论依据,还为Mg基储氢材料的后续应用奠定基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Effect of Morphological Tuning on Electrochemical Performance of Perovskite LaCoO3 Anodes
形态调控对钙钛矿LaCoO3阳极电化学性能的影响
DOI:10.7503/cjcu20190074
发表时间:2019
期刊:Chemical Journal of Chinese Universities
影响因子:--
作者:Fang Liang;Ding Xiaoli;Song Yun;Liu Dongming;Li Yongtao;Zhang Qingan
通讯作者:Zhang Qingan
Enhancing hydrogen sorption in MgH2 by controlling particle size and contact of Ni catalysts
通过控制镍催化剂的颗粒尺寸和接触来增强 MgH2 中的氢吸附
DOI:10.1007/s12598-018-1087-x
发表时间:2021-04-01
期刊:RARE METALS
影响因子:8.8
作者:Si, Ting-Zhi;Zhang, Xue-Yang;Li, Yong-Tao
通讯作者:Li, Yong-Tao
Microstructure characterization and hydrogen storage properties study of Mg2Ni0.92M0.08 (M = Ti, V, Fe or Si) alloys
Mg2Ni0.92M0.08(M=Ti、V、Fe或Si)合金的显微组织表征和储氢性能研究
DOI:10.1016/j.pnsc.2018.06.006
发表时间:2018-08
期刊:Progress in Natural Science:Materials International
影响因子:--
作者:Zhang Yue;Zhang Hairi;Ding Xiaoli;Liu Dongming;Zhang Qingan;Si Tingzhi
通讯作者:Si Tingzhi
Activity-Tuning of Supported Co-Ni Nanocatalysts via Composition and Morphology for Hydrogen Storage in MgH2
通过组成和形态调整负载型 Co-Ni 纳米催化剂的活性,用于 MgH2 储氢。
DOI:10.3389/fchem.2019.00937
发表时间:2020
期刊:Frontiers in Chemistry
影响因子:5.5
作者:Ding Xiaoli;Ding Hongfei;Song Yun;Xiang Cuili;Li Yongtao;Zhang Qingan
通讯作者:Zhang Qingan
Intrinsic alterations in the hydrogen desorption of Mg2NiH4 by solid dissolution of titanium
钛固溶对 Mg2NiH4 氢解吸的本质改变
DOI:10.1039/c8dt01591k
发表时间:2018
期刊:Dalton Transactions
影响因子:4
作者:Wei Pengfei;Huang Wen;Ding Xiaoli;Li Yongtao;Liu Zheng;Si Tingzhi;Wang Kunyan;Wang Qinsheng;Li Hai Wen;Zhang Qingan
通讯作者:Zhang Qingan
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