nb氢化物催化剂提高mgh2氢吸附动力学

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1、Nb氢化物催化剂提高MgH2氢吸附动力学摘要：纳米晶MgH2掺杂细小均匀分布的Nb通过过球磨研磨混合物MgH2和1mol％NbF5。这个NbH-催化剂催化MgH2解吸附6.3wt.%H2在15min,吸收超过90%初始储氢能力在5min内在573K.然而，这种快速吸收动力学经过10次循环依旧存在。依据在X射线衍射和透射电镜/能量散射光谱分析，这表明NbF5在高能量球磨中融化并提高使其更加细小，类似薄膜的Nb氢化物可以有效的抑制MgH2颗粒的增大，在经过反复吸氢-脱氢循环中可以保持初始催化剂的效果。关键词：储氢容量；氢化物

2、；机械研磨；透射电镜；催化剂1前言MgH2储氢能力为7.6wt.%,相比常规的储氢合金比如AB5,AB和AB2系统在室温下的储氢能力还要高。除此之外，MgH2不包含贵重金属而且在操作过程相比于其他碱金属和复合金属材料很安全。然而，平衡放氢温度很高，560K在1bar氢气压力下，吸附动力学也是特别慢。这就是MgH2无法作为高容量固体状态储氢材料系统的障碍。在近期的论文中发表一些过渡族金属氧化物在MgH2脱氢吸氢反应中显示出显著动力学提高。除此之外，用来得到很快的吸附动力学可以通过研磨时间来减少到几天或者几个小时，通过利Nb

3、2O5纳米颗粒替代普通微米级的Nb2O5粉末。近期，Hanada等人，报道Mg和介孔Nb2O5（孔径为3.2nm）作为催化剂在室温下15s氢吸收可以高达4.5wt.%。这也被认为实际的催化效果归因于Nb金属化合物或者在第一次脱氢加氢循环形成的氧缺位的Mg–Nb复合材料氧化物，因为在游离的Mg中Nb2O5不是热力学稳定相。公认的Ti的氯化物是NaAlH4很好的催化剂，然而催化剂具体的化学形态和在脱氢加氢循环中起到的作用依然是有争论的。一种假设是真实的化学形态是钛的氢化物在Ti-Al合金的表面在机械研磨或加热过程中形成，这起

4、到真正的催化剂的作用因为它有很强的催化效应在氢分子分解成氢原子和相反的反应的过程中。这是希望看到的如果在Nb催化MgH2吸附过程中如果有类似的效应。无疑在Nb或者Nb的氢化物颗粒的外壳存在氧化物（或氢氧化物），这不是合适的起始材料。而且，更精细的颗粒尺寸，更高的氧含量。为了确认Nb氢化物在MgH2吸附动力学催化中的不确定的行为，一个样本用的更精细的不含氧化壳的颗粒。我们最近发现[16]，NbF5的加入显著提高了吸附MgH2动力学,它会是一种理想的添加剂。要确认是否非常精细和表面在球磨过程中形成，无氧化铌氢化物形成原位和/

5、或加氢过程将作为一种有效的催化剂。在本研究中，研究了影响NbF5添加量对脱氢和加氢动力学以及纯MgH2的循环性能。我们还研究了变化循环后的显微组织。我们还提出大致推导出的x射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）分析的结果的解释。为什么MgH2和NbF5球磨相比其他Nb的化合物有良好吸附动力。2实验过程NbF5（98%）和MgH2（98%）则购自奥尔德里奇和阿尔法Asear，分别。一克的MgH2含1mol.%的NbF5被掺杂在直径107.9毫米Cr钢球到70毫升淬硬钢瓶在SPEX8000中球磨15分钟。特别注意，防止不均匀

6、分散催化剂和抑制MgH2不均匀球磨由于相对较短的球磨时间和不可避免重力偏析。除了对于球磨样品是完全在手套箱在氩气气氛中处理的。手套箱里面的氧气和水蒸气的水平都低于1ppm。磨碎的试样的热分解行为使用耐驰204F1凤凰差速器扫描量热仪（DSC）测量。在手套箱内时，5毫克的样品被封进铝制的锅在开始之前，只是作了盖子和三个销孔开始测量。加热速率和氩气（99.9999%）流量率分别为5K每分钟和50毫升每分钟。脱氢和加氢反应动力学以及循环性能测定在耐驰204马力凤凰高压DSC配备高压动态气体流量和真空控制系统中测定。它被加热在5

7、k每分钟至在623K下，氩气流动速率在50毫升每分钟。一次脱氢反应完成了的温度被降至573K和99.9999%h2是在DSC室被清空后立即引进。在加氢反应步骤中，动态压力、流率的氢被保持在10个巴和50毫升每分钟。当加氢反应结束，体积控制室被清空并氩再次进入在50毫升每分钟的速率，在1个巴压力下。这些氢化-脱氢反应步骤重复达10个周期，样品冷却到室温下氢的气压为10巴。从这实验序列，吸附的循环性能反应动力学及相对退化的储氢性能，作为评估能力。实际作为磨样品氢存储能力使用耐驰209F1（TG）再加上Netzsch403C质

8、谱仪测量。测定了球磨样品的物相组成用BrukerD8XRD设备，与CuKa辐射测量。特殊的密封样品架用来防止样本与空气中的任何可能出现的反应在XRD测试过程中。化学、形态和色散，催化剂的微观结构在两个研磨样品和氢化后的试样采用FEI和能量色散x射线谱仪的G2瞬变电磁技术（EDS）进行测量。3结果和讨论1mol.%的N