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高容量储氢材料MgH2的纳米化与催化掺杂协同改性研究

批准号:
51801078
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
张刘挺
依托单位:
学科分类:
金属能源与环境材料
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖蓓蓓、胡彪、丁凯、季亮

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
MgH2是高容量储氢材料的研究热点之一,目前尚存在热力学稳定性较高和吸放氢动力学缓慢等不足。针对以上不足,本项目依据前期对轻金属储氢材料进行催化掺杂、复合改性等研究基础,提出利用纳米化和非晶过渡金属(TM)催化掺杂协同改性来调控MgH2储氢体系的吸放氢热力学与动力学性能,着重就复合体系的微观结构、吸放氢性能和改性机理展开系统的研究。探索掌握非晶TM掺杂纳米MgH2复合材料的可控制备技术,查明纳米尺寸效应和非晶TM催化剂种类、粒径和掺杂量对复合体系吸放氢性能的影响规律,并结合第一性原理理论计算,揭示纳米化和非晶TM催化掺杂对MgH2体系热力学和动力学性能的协同改性机理。获取必要的基础数据及信息,为此类金属氢化物储氢材料的后续应用研究提供理论和实验依据。
英文摘要
MgH2 is one of the research hotspots for hydrogen storage materials due to its high capacity. However, the stable thermodynamics and sluggish kinetics hindered its practical applications. Based on our previous research, nano-modification and amorphous transition metal compounds(TM) doping are applied to synergistically regulate the de/rehydrogenation thermodynamics and kinetics of MgH2. A systematic investigation will be conducted on the microstructure transformations, de/rehydrogenation properties, and the mechanism of the synergistic effects for the system. The controllable synthesis technology, as well as the size effect and amorphous TM catalytic doping on the hydrogen absorption/desorption thermodynamics, kinetics and cycling properties of amorphous TM doped nano-MgH2 will be developed. Combining density functional theory (DFT) calculations with experimental results, a synergistic effect of nanomodification and amorphous TM doping will be explored. Furthermore, these studies will supply the experimental and theoretical basis data to provide important insights into metal hydrides with high storage capacity for the next generation hydrogen storage materials.
氢化镁(MgH2)具有高的储氢容量与丰富的来源,是当前储氢研究的热点之一。本项目研究了过渡金属掺杂的MgH2纳米晶体系,考察了过渡金属催化与纳米晶化对MgH2吸放氢动力学与热力学性能的影响。结果表明,过渡金属催化与纳米晶化均能有效改善MgH2的储氢性能。对于MgH2催化掺杂体系,Zr基、Fe基、Mn基纳米催化剂对该体系的吸放氢性能均有一定程度的改善。例如,掺杂10wt% ZrMn2的MgH2复合材料在181.9 °C开始放氢,并在300 °C的恒温条件下5 min内能放出6.7 wt%的氢气。更为显著的是,放氢后的复合材料置于3 MPa的氢压下在室温就能吸氢。此外,掺杂10wt% ZrMn2的MgH2复合材料的放氢活化能和再吸氢活化能分别降低到82.2 ± 2.7 kJ/mol和22.1 ± 2.7 kJ/mol。密度泛函理论计算进一步证明ZrMn2的存在能有效促进Mg-H键的断裂。对于制备的Mg纳米晶,其平均晶粒尺寸约为22 nm。在40 ℃便开始吸氢,并于200 ℃完成吸氢过程,最终吸氢量约为6.8 wt%。进一步采用NiTiO3纳米颗粒改性Mg纳米晶,吸氢后的Mg-NiTiO3在193.2 ℃时开始放氢,在325 ℃恒温下仅需5 min便完成放氢过程,最终放氢量为6.6 wt%。Mg-NiTiO3复合材料储氢性能的显著提高归功于NiTiO3纳米颗粒的催化与Mg晶粒细化的协同作用。本项目执行期间,以第一作者或通讯作者身份发表论文25篇(23篇SCI,2篇EI);授权国家发明专利1项,申请意大利发明专利1项;培养4名研究生毕业。
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
Constructing graphene nanosheets supported FeOOH nanodots for hydrogen storage of MgH2
构建石墨烯纳米片支撑 FeOOH 纳米点用于 MgH2 储氢
DOI: --
发表时间: --
期刊: International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials
影响因子: --
作者: [Mengchen Song, Liuting Zhang, Jiaguang Zheng, Zidong Yu, Shengnan Wang]
通讯作者: Shengnan Wang
Metal organic framework supported niobium pentoxide nanoparticles with exceptional catalytic effect on hydrogen storage behavior of MgH2
金属有机骨架负载的五氧化二铌纳米粒子对 MgH2 储氢行为具有优异的催化作用
DOI: 10.1016/j.gee.2021.09.004
发表时间: 2021-09
期刊: Green Energy & Environment
影响因子: 13.3
作者: [Liuting Zhang, Farai Michael Nyahuma, Haoyu Zhang, Changshan Cheng, Jiaguang Zheng, Fuying Wu, Lixin Chen]
通讯作者: Lixin Chen
Facile synthesized Fe nanosheets as superior active catalyst for hydrogen storage in MgH2
简便合成的 Fe 纳米片作为 MgH2 储氢的优异活性催化剂
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.06.065
发表时间: 2019-08
期刊: International Journal of Hydrogen Energy
影响因子: 7.2
作者: [Zhang Liuting, Ji Liang, Yao Zhendong, Yan Nianhua, Sun Ze, Yang Xinglin, Zhu Xinqiao, Hu Shuanglin, Chen Lixin]
通讯作者: Chen Lixin
DOI: 10.1016/s1003-6326(21)65743-6
发表时间: 2021
期刊: Transactions of Nonferrous Metals Society of China
影响因子:
作者: [Yan Chen, Haoyu Zhang, Fuying Wu, Ze Sun, Jiaguang Zheng, Liuting Zhang, Lixin Chen]
通讯作者: Lixin Chen
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