镁基合金与碳纳米纤维复合储氢材料的制备与性_省略_散.pdf

第37卷第4期南开大学学报(自然科学版)Vol.37№4
2004年12月ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisNankaiensisDec.2004

文章编号:046527942(2004)0420005205
镁基合金与碳纳米纤维
复合储氢材料的制备与性能研究(É)
——以化学镀Ni碳纳米纤维为前驱物热扩散法合成
a
Mg2Ni-CNFs复合储氢材料
闫晓琦袁华堂张松林张坤孙波高学平宋德瑛
(南开大学化学学院材料化学系,天津300071)

摘要:利用金属Mg易热扩散制合金的特性,以化学镀Ni的碳纳米纤维(Ni2CNFs)为前驱物,制备出了
Mg2Ni合金与CNFs的复合储氢材料.并测试了其电化学性能,提出了镁基储氢合金与CNFs复合储氢材料的
储氢机理.

关键词:镁基合金;碳纳米纤维;复合储氢材料;储氢机理;电化学性能
中图分类号:O614122,TB323文献标识码:A

0引言

氢能将成为未来清洁、无竭的新能源,作为其载体的传统储氢合金(HydrogenStorageAlloys,HSA)
以及新近颇受瞩目的纳米碳材料(碳纳米管carbonnanotubes简称CNTs,碳纳米纤维carbonnanofibers
简称CNFs,活性碳activecarbon简称AC),都在被广泛深入地进行着研究.然而HSA的缺点仍然是能量
密度低,甚至最被看好的镁基合金也未能解决吸放氢温度高(气固相储氢)和碱液中的腐蚀问题(电化学储
氢),无法满足国际能源协会(InternationalEnergyAssociation,IEA)的标准.另一方面,有关CNTs等碳
材料的储氢量及其机理的学术争论仍在继续.既有Chambers等[1]的6617%的高储氢量报道,也有些研究
者认为纳米碳材料的储氢量非常低.有关的基础研究仍需要深入进行.
本课题组曾以自制的有着空腔结构的纳米碳纤维(CNFs),进行了化学镀Ni研究[2],证实了作为复合
材料的镀Ni2CNFs较之纯CNFs,在电化学储氢容量上有了很大提高.同时,若仅以CNFs为活性物质计
算,则不同镀覆量的CNFs有着不同的储氢量,说明了金属Ni的电催化活性和导电性对CNFs的储氢量
有着重要的影响.
据此,我们进一步设想将HSA的催化活性和CNTs、CNFs的高储氢量(尽管仍存在不同学术观点)
结合起来,制备出有二者优点的HSA2CNTs(或HSA2CNFs)复合储氢材料.利用HSA较高的电催化活
性,以及HSA具有适中且稳定的吸放氢平台压等特征,使HSA表面催化裂解产生的氢以原子态形式储
存在HSA中,然后再向CNTs或CNFs中转移,并以分子态形式储存;在放氢过程中,则使分子态的氢进
入HSA中形成原子态的氢,再在其表面聚合成为分子态的氢[3～5].这将提高电极有效电化学储氢容量以
及电极材料的电化学储氢体积能量密度.
本实验即利用金属Mg易热扩散制合金的特性和CNFs的化学镀Ni技术(Ni2CNFs),设计并制备出
Mg2Ni合金与CNFs的复合储氢材料,以下用Mg2Ni2CNFs表示.

1实验

a收稿日期:2004205220
基金项目:国家重点研究规划基金资助项目(G2000026405);南开大学人事处科研启动基金资助项目(P02019);南开
大学分析测试开放基金资助项目
作者简介:闫晓琦(1974-),男,天津人,博士,讲师,主要从事材料化学与纳米材料、功能材料等研究.

·6·南开大学学报(自然科学版)第37卷

111CNFs的制备及化学镀Ni
[6]
以NiöMgO为负载型催化剂,采用催化热解法于550℃催化热解CH4制备CNFs.所得粗产物用
37%浓HCl浸泡1h,再用去离子水反复洗净HCl.于电热干燥箱中110℃干燥10h.
所制得的CNFs经活化、敏化后,在室温下于自配的镀液中化学镀Ni.制得Ni2CNFs复合材料.
112热扩散法制备Mg基合金与CNFs的复合储氢材料
将Ni2CNFs复合材料与Mg粉混合均匀后,以30MPa冷压成片.放入坩埚内,在高纯Ar(3.039×
5
10Pa)保护下,于自制的管式炉中恒温热扩散3h.制备出Mg基合金(Mg2Ni)与CNFs的复合储氢材料
Mg2Ni2CNFs.
113复合材料的表征
利用扫描电子显微镜(SEM,日立X2650型),对CNFs和镀Ni2CNFs的形貌进行表征;以X射线粉
末衍射(XRD,日本理学DöMax2CA型)检测化学镀的CNFs及复合材料的物相.
114复合材料的电化学测试
取20mg的Mg2Ni2CNFs,为便于成片和更好地起集流作用,加入10倍的255#羰基镍,于玛瑙研钵
中混合均匀,用油压机在30MPa下冷压成片,再填入泡沫镍中,仍以3