课题基金 / 基金详情

高活性抗氧化镁镍基氢化物自演变脱氢机制

批准号:
52071177
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱云峰
依托单位:
学科分类:
金属能源与环境材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱云峰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
镁基金属氢化物因具有较高的储氢容量和价格低廉等优势而被认为是理想的储氢材料之一,目前存在的一个关键问题是其反应活性的增加带来易氧化及苛刻的储运条件。本项目基于我们实验发现的微米级镁镍基氢化物在空气暴露过程中不仅没有发生氧化失活,反而存在脱氢性能得到改善的自演变脱氢行为,瞄准空气稳定型高活性镁基储氢材料,首先通过氢化燃烧合成工艺制备镁镍氢化物,深入研究镁镍氢化物在空气氛环境下的自演变脱氢行为,阐明具有特殊脱氢行为的镁镍氢化物自演变脱氢机制;其次,引入调控因子实现其自演变脱氢性能的人工可控并阐明机制;最后,构筑具有自演变脱氢行为的高容量富镁氢化物体系,并揭示基于自演变脱氢机制和多相协同脱氢机制的共同作用机理。通过本项目的开展,为改性镁基储氢材料提供新型策略,并为加快镁基储氢材料作为氢能源载体的实用化进程提供理论支撑和实践基础,同时也为其它固态氢化物储氢性能的改善提供新的思路。
英文摘要
Magnesium-based metal hydride is regarded as one of the ideal hydrogen storage materials owing to its high hydrogen storage capacity and low cost. However, the high reaction activity of magnesium-based hydride means that it is susceptible to oxidation, requiring strict condition of storage and transportation. Our preliminary experimental results have shown that the reaction activity of micron-scale magnesium-nickel-based hydride does not decrease when exposure to air. Instead, the dehydrogenation performance is improved unexpectedly, exhibiting a novel behavior of self-evolution dehydrogenation. Based on the above results, this project will develop air-stable and high-active magnesium-based hydrogen storage material. Initially, we will synthesize magnesium nickel hydride by hydriding combustion synthesis. The self-evolution dehydrogenation behavior of the as-prepared magnesium nickel hydride in air will be studied systematically, and its self-evolution dehydrogenation mechanism will be clarified. Then, the self-evolution dehydrogenation performance will be modulated artificially by introducing various modulation factors, and the modulation mechanism will be clarified. Finally, the high capacity and magnesium-rich hydride system with self-evolution dehydrogenation behavior will be designed, and the combined action mechanism based on self-evolution dehydrogenation and multiphase synergistic dehydrogenation will be revealed. This study will provide a novel strategy for improving magnesium-based hydrogen storage materials, and lay theoretical and practical foundation for accelerating the application of magnesium-based hydrogen storage material as hydrogen energy carrier, and also give a fresh idea for the enhancement of hydrogen storage performance of other solid state hydrides.
镁镍基氢化物由于具有优异的脱氢动力学性能和较高的储氢容量成为金属氢化物储氢材料的研究热点。然而,在提高反应活性的过程中,通常采用的纳米化手段往往会降低材料的空气稳定性,从而带来苛刻的储运条件要求。因此,创制高活性、抗氧化的微米级镁镍基氢化物迫在眉睫。本项目在申请人前期工作的基础上,研究并揭示了Mg2NiH4自演变脱氢行为的本征机制,即Mg2NiH4暴露在空气中,会生成以氢氧化物、碳酸盐为代表的惰性层,同时也会生成以金属Ni为代表的纳米颗粒,惰性层具有抗氧化作用,而Ni纳米颗粒可以为吸放氢反应提供活性位点。探究了暴露气氛对Mg2NiH4自演变脱氢行为的影响,确定了储存在O2气氛中的Mg2NiH4也具有自发演变脱氢行为。在Mg2NiH4中进行B侧过渡族金属元素取代后,取代产物均存在自演变脱氢行为;其中,铜取代产物性能最佳,空气暴露200 天后,起始脱氢温度由~320 ℃降至~250 ℃,且容量几乎保持不变,空气暴露后样品的脱氢活化能仅为~50 kJ/mol。研究了添加剂的引入对Mg2NiH4空气稳定性的影响,结果表明,Mg2NiH4–TiH2在空气暴露30天后具有较高的容量保有率(76.6%),且吸氢动力学性能显著提升。通过组分优化设计,构筑了富镁镍基氢化物Mg80Ni20Hx,空气暴露4个月后,Mg80Ni20Hx仍然具有较佳的吸放氢性能,其在300 °C下,400 s内可吸氢3.04 wt.%,脱氢2.81 wt.%,且表观脱氢活化能降低至63.56 kJ/mol。此外,还探索了水滑石衍生的高性能催化剂Ni/Al2O3对MgH2储氢性能的改性效果,阐明了其催化机制。上述研究结果对于高活性、抗氧化镁基氢化物的研究与开发具有重要的参考价值。
基于储氢的多晶型多维度Mg2NiH4的可控制备及机理研究
  • 批准号:
    51771092
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    朱云峰
  • 依托单位:
氢化化学气相沉积制备纳米镁基材料储氢性能及机理研究
  • 批准号:
    51471087
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    朱云峰
  • 依托单位:
氢化燃烧合成与机械球磨复合制备镁基储氢材料电化学性能研究
  • 批准号:
    51071085
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    36.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    朱云峰
  • 依托单位:
新型锶铝基Zintl相合金的结构及储氢机理
  • 批准号:
    50601014
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    朱云峰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金