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文章信息

TiFe納米顆粒與碳納米管共摻實現(xiàn)MgH2優(yōu)異儲氫性能

第一作者：陸雄

通訊作者：張劉挺*，陳立新*

單位：江蘇科技大學(xué)，浙江大學(xué)

研究背景

氫化鎂（MgH2）由于其具有理論儲氫量高（7.6 wt％）和儲量豐富的優(yōu)點，在固態(tài)儲氫領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，MgH2具有較高的初始放氫溫度（超過300 ℃）和緩慢的吸放氫動力學(xué)性能而無法滿足實際儲氫要求。

本文采用TiFe納米顆粒與碳納米管共摻實現(xiàn)MgH2優(yōu)異儲氫性能，可為未來MgH2的催化改性研究提供方向，有助于加速M(fèi)gH2固態(tài)儲氫領(lǐng)域的研究及實際應(yīng)用。

研究背景

近日，來自江蘇科技大學(xué)的張劉挺副教授與浙江大學(xué)的陳立新教授合作，在國際知名期刊Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“Achieving superior hydrogen storage properties of MgH2 by the effect of TiFe and carbon nanotubes”的研究論文。

該論文設(shè)計合成了TiFe納米合金并研究了納米TiFe對MgH2儲氫性能的影響，此外通過與碳納米管共摻緩解了MgH2儲氫材料實際應(yīng)用中循環(huán)吸放氫性能衰退的關(guān)鍵問題。

TiFe納米顆粒與碳納米管改善MgH2儲氫性能的作用機(jī)理

本文要點

要點一：TiFe納米顆粒的設(shè)計合成

研究人員通過氫化煅燒法合成TiFe合金，在此基礎(chǔ)上添加表面活性劑進(jìn)行濕化學(xué)球磨來降低TiFe顆粒的尺寸。通過XRD精修計算出產(chǎn)物中TiFe含量為92 %， TEM證明了TiFe顆粒尺寸約為500 nm。

要點二：MgH2/TiFe/CNTs復(fù)合材料的吸放氫熱力學(xué)與動力學(xué)性能

MgH2/TiFe復(fù)合材料可以實現(xiàn)低溫吸放氫，初始吸、放氫溫度可分別低至25 ℃與175 ℃。此外， MgH2/TiFe可以在300 ℃ 10分鐘內(nèi)釋放6.5 wt%的氫氣，在125 ℃下一小時內(nèi)的可逆儲氫量達(dá)到了5.3 wt%，表現(xiàn)出快速的吸放氫動力學(xué)性能。然而熱力學(xué)性能測試結(jié)果表明TiFe與碳納米管無法有效降低MgH2的熱力學(xué)穩(wěn)定性。

要點三：MgH2/TiFe/CNTs復(fù)合材料循環(huán)性能的提升

MgH2/TiFe復(fù)合材料隨著吸放氫循環(huán)次數(shù)的增加，循環(huán)容量開始衰退；雖然增大吸氫壓力可以使MgH2/TiFe復(fù)合材料循環(huán)容量回升，但無法改變其動力學(xué)性能的下降。

通過添加CNTs可以維持MgH2/TiFe復(fù)合材料的循環(huán)性能，在16次循環(huán)后，吸放氫速率和容量并沒有明顯的下降。

MgH2/TiFe/CNTs復(fù)合材料循環(huán)性能曲線

文章鏈接

Achieving superior hydrogen storage properties of MgH2 by the effect of TiFe and carbon nanotubes”

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721016867

通訊作者介紹

張劉挺副教授。

2011年本科畢業(yè)于浙江大學(xué)，博士師從浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳立新教授。2016年加入江蘇科技大學(xué)，現(xiàn)為能源與動力學(xué)院新能源科學(xué)與工程專業(yè)副教授。長期從事儲能材料的研究和開發(fā)。目前擔(dān)任《Rare Metals》、《稀有金屬》期刊青年編委，以第一作者/通訊作者身份在Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Magnesium and Alloys、Applied Surface Science、Journal of Physical Chemistry C、International Journal of Hydrogen Energy、Journal of Alloys and Compounds、Rare Metals等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表30多篇研究論文，h-index=15。

陳立新教授。

浙江大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長。兼任中國可再生能源學(xué)會常務(wù)理事、氫能專業(yè)委員會副主任委員，中國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員，中國稀土學(xué)會理事，教育部高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會副秘書長。入選教育部"新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃"。主要從事各種氫化物材料的基礎(chǔ)研究以及氫化物固態(tài)儲氫裝置與技術(shù)、加氫站固態(tài)/高壓儲氫技術(shù)、燃料電池氫源系統(tǒng)、氫同位素分離與儲存技術(shù)、內(nèi)燃機(jī)氫-油混燃技術(shù)、新型電池材料等應(yīng)用開發(fā)。先后主持完成國家重點研發(fā)計劃、863計劃、973計劃、國家自然科學(xué)基金、浙江省科技重點專項等20余項研究項目（課題）。研究成果已獲得28項授權(quán)發(fā)明專利和1項教育部科技進(jìn)步一等獎，參與編寫多項氫能技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)，并在Nature Energy, Nano Energy, Journal of Materials Chemistry等重要期刊上發(fā)表300余篇學(xué)術(shù)論文。

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