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LiBH4基储氢材料的吸放氢性能及其机理
摘要
储氢材料是未来氢能源发展的关键技术之一，而LiBH4基储氢材料因其较高的储氢密度和理论上的四氢联苯（LiC6H4）放氢量而备受关注。本文综述了LiBH4基材料的吸放氢性能及其机理，探讨了既有的研究成果，并提出了未来研究的方向。
关键词：LiBH4，储氢材料，吸放氢性能，机理
引言
氢能源作为一种低碳、高效的能源将在未来得到广泛的应用。目前，氢能源的应用在汽车、燃料电池、储能等领域已经得到了一定的发展。而储氢材料作为氢能源的重要组成部分，直接影响到氢能源的应用规模和性能。因此，寻求合适的储氢材料是氢能源发展的重要研究方向之一。
LiBH4基储氢材料因其高储氢密度和理论上的四氢联苯（LiC6H4）放氢量而受到了广泛的关注。虽然这种材料具有很高的理论储氢量，但难以实现高效的吸放氢循环，是制约其应用的重要因素之一。因此，探究LiBH4材料的吸放氢性能及其机理对于解决其应用中的问题具有重要意义。
LiBH4基材料的吸氢性能
LiBH4作为储氢材料，其主要的原始能源是氢键的形成和断裂。LiBH4的晶格结构如图1所示。其结构中含有硼氢键和锂氢键。在氢键的形成和断裂过程中，LiBH4可以吸收和释放氢气。在一定的条件下，LiBH4可以完全地释放出氢气，其中的理论最大储氢量为18.5wt%。
图1LiBH4的晶格结构
LiBH4材料的吸氢性能的研究早在20世纪60年代就已经开始，但随着时间的推移，研究结果仍然存在争议。目前已有的研究显示，LiBH4吸氢性能受到多种因素的影响，如温度、压力、催化剂等。其中温度是影响LiBH4吸氢性能的重要因素之一。
受到温度的影响，LiBH4材料的吸氢性能表现出两种不同的模式：1.在低温度（<150℃）时，吸氢过程呈现出热力学驱动的吸氢模式；2.在高温度（>150℃）时，吸氢过程呈现出固态反应的吸氢模式。这两种不同的吸氢模式的机理不同。
在热力学驱动的吸氢模式中，LiBH4在低温下通过吸热的形式吸收氢气。它是通过在温度下升高到其熔点以上来实现快速吸氢的。这种吸氢模式的吸氢速率较慢，通常需要克服大的过冷效应，并且吸氢副产物的形成是不可避免的。而固态反应的吸氢模式主要通过微观结构的改变促进LiBH4的析氢。这种吸氢模式中，LiBH4会通过分解为LiH、B和H2的反应来释放氢气，但需要高温（>300℃）和高压（>50bar）的条件才能实现。
而在放氢方面，LiBH4材料的理论最大放氢量为18.5wt%，但实际上放氢量往往无法达到该理论值。这是因为放氢过程中，高度结晶化的LiBH4难以在室温下析出氢气。目前，提高LiBH4放氢量的方法包括催化剂的添加、纳米技术等。
LiBH4材料的放氢性能
LiBH4作为储氢材料，其放氢性能同样影响着其在氢能源中的应用。LiBH4放氢性能的研究也已经有了长期的历史。同样地，放氢过程中的温度、压力、催化剂等因素对放氢速率和放氢量的影响也存在着较大的争议。
对于放氢机理，目前的研究表明，LiBH4放氢主要是通过两个步骤实现的。第一个步骤是氢键的断裂和LiH和BH3的形成。这个步骤需要克服比较大的能垒，并且放出的氢气需要在材料表面快速扩散到材料外部。第二个步骤是LiH和BH3的相互作用，通过各种反应生成放出的氢气和LiBH4这个过程是自发的，放出的氢气通过材料表面的反应逆行进入材料中。
对于这两个步骤，在实验中一般采取催化剂的方式通过改变温度或压力来实现。目前，添加催化剂（如样品表面粗糙处理、添加TiCl3等）能够有效促进LiBH4的放氢过程，并且降低放氢温度。除此之外，纳米技术也可以进一步改善LiBH4放氢性能。
结论与展望
总体来看，LiBH4作为储氢材料，其吸放氢性能优于其他储氢材料，但其应用仍然存在诸多限制。因此，未来的研究方向应当聚焦于以下几个方面：
1.研发新型催化剂，提高LiBH4的放氢速率和放氢量。
2.制备纳米材料，改变晶格结构，提高材料的储氢性能。
3.考虑LiBH4与其他氢储存材料的混合使用，提高其储氢性能。
4.建立更加细致的理论模型和实验方法，深入探究LiBH4的吸放氢机理。
在这些研究的基础上，我们可以进一步探索LiBH4在氢能源中的应用与发展，迎接未来氢能源的到来。
参考文献
[1]Yang,J.,Sudik,A.,&Wolverton,C.(2007).First-principlespredictionofp-typedopinginLiBH4.Physicalreviewletters,98(20),207204.
[2]Sunita,J.,Bhat,A.,Gayathri,N.,&Ramanujam,K.(2014).DifferentmodesofhydrogenadsorptioninLithiumboro