化学贮氢功能材料的热力学和动力学问题

氢气的高效贮存是氢能源利用的关键和瓶颈技术。针对目前提出的化学贮氢这一新概念和新技术，本课题拟以高能量密度的化学贮氢功能材料为对象，采用优化设计、有机合成、纳米技术、机械化学法制备新型化学贮氢材料[包括：1.（A(MH4)n，A是碱金属（Li, Na, K）或碱土金属（Be, Mg, Ca）,M是ⅢB族的B或Al；n = 1-4）；2.金属有机框架化合物及无机介孔材料]；利用热分析方法和Sievert方法表征合成材料的贮氢热力学和动力学特征；再结合理论计算揭示出材料的稳定性、吸/放氢的热力学和动力学、以及催化剂与贮氢性能的相关性；探索化学贮氢技术中的贮氢新机制与控制因素，提出克服贮氢量与吸/放氢速率相互制约这一关键问题的技术途径，并建立化学贮氢材料的热力学数据库，为研发化学贮氢技术/方法提供理论支撑。

本项目针对化学贮氢功能材料的热力学和动力学问题开展了大量研究，采用优化设计、有机合成、纳米技术、机械化学法制备了系列新型化学贮氢材料。通过各种表征手段，研究了金属有机框架化合物、无机介孔材料、多孔炭材料、多孔材料限域及催化改性高容量贮氢材料（氨硼烷（NH3BH3），LiBH4，LiAlH4，NaAlH4，4MgH2+Li3AlH6等）的结构、性能和贮氢热力学和动力学相关性质，并探讨了其吸放氢机理。深入开展了有关材料贮氢机理计算研究，包括1） Na3AlH6放氢过程中H空位的存在形式和扩散机理；2） LiNH2中本征缺陷的形成和迁移过程；3） MgH2中本征缺陷H的相关性质；4） F、Cl杂质在MgH2中存在形式及对其脱氢性能的影响；5）Ti基化合物降低铝氢化温度的研究；6） GO-LiAB贮氢研究；7） Ti, Al和Ti/Al复合改性及系列过渡金属掺杂对NaAlH4放氢行为的影响分析。本项目开展了Na-Al-Ti-H贮氢材料体系相图热力学研究，建立了贮氢材料数据库。本项目在新型化学贮氢材料体系方面进行了重要探索，阐明了其贮放氢过程中的热力学和动力学问题，揭示了其吸放氢机理和催化作用机制，对贮氢材料深入研究提供了理论依据，为推动贮氢材料的应用研究奠定了坚实基础。