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纳米储氢材料的研究
摘要:纳米材料有着独特的性能,这些性能使得其拥有许多优势。纳米储氢材料就是应用了纳米技术的储氢材料,与传统的储氢材料相比它有许多的优点。本文就重点介绍了近年来受到广泛关注的几种纳米储氢材料。
关键词:纳米材料储氢

一. 纳米储氢材料简介
纳米科学是近年来发展得十分快速的一门前沿科学。纳米材料是一种前沿材料,它必然会给我们的生活带来翻天覆地的变化。纳米技术也必然会有翻天覆地的发展。虽然现在纳米材料的研制与应用还处于起步阶段,但其发展的前景是十分美好的。
所谓纳米材料指的是尺寸在1~100 nm之间的粒子所组成的粉体、块体、薄膜、多层膜和纤维,可分为两个层次:纳米微粒和纳米固体。⑴纳米晶体纳米材料是其特征尺度至少在一个方向上为纳米量级组成的固体。根据具有纳米尺度的维数, 可以将纳米材料划分为零维原子团簇和超微粒子,一维纳米管、线,二维纳米薄膜、多层膜, 以及三维块体材料,原子团簇及超微粒子⑵。纳米材料有着独特的特点,具有宏观物体所不具有的四大效应:表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应⑶, 这使得其拥有许多传统材料不具备的特性,它在许多方面都是一种有着广阔应用前景的材料。因为它的潜在价值,许多国家都十分重视纳米材料的发展。
本文主要介绍纳米材料的一种——纳米储氢材料。在储氢材料纳米化后,会出现许多新的热力学和动力学特性,例如火花性能明显提高,具有更高的氢扩散系数和良好的吸附氢动力学性质⑷。由于这样的特点,纳米储氢材料是一种非常有潜力的材料,得到了广泛的重视,许多人都在研究纳米储氢材料的研制与应用。



镁系储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料之一
,得到了广泛的关注。目前,研究的镁系合金从成分上看,主要有镁基储氢合金、镁基复合储氢材料。
镁基复合储氢材料是近年来发展的一个新方向,复合储氢材料可发挥各自材料的优点并相互作用,优化合金的电极性能。镁系储氢合金复合的材料主要有碳质储氢材料(石墨、碳纳米管、碳纳米纤维等) 、金属元素(如Ni 、Pd等) 、化合物(CoB、FeB 等)⑸。
纳米碳管拥有良好的导热性和热稳定性,也有很好的吸氢性能,是一种很好的镁基储氢材料添加剂。很多研究表明,加入碳纳米管之后,镁基等储氢材料的性能可以得到提高。

镁基储氢合金由于储氢量大(一般是是稀土储氢合金的3倍以上),吸放氢易,质量较轻,资源丰富,价格便宜等优点,被认为是最理想、最有潜力的储氢材料。其具有很高的开发价值和广泛的应用前景,受到了广泛的关注。但由于它在室温下吸放氢的动力学性能比较差,表面容易氧化的缺点,从限制了镁基储氢材料的实用化进程。
但其纳米储氢材料具有较好的动力学性能,储氢性和稳定性都有所提高。Tanaka等总结了纳米储氢材料优异的动力学性能的原因:大量的纳米晶界使得氢原子容易扩散;纳米晶极高的比表面积,使氢原子容易渗透到贮氢材料内部;纳米储氢材料避免了氢原子透过氢化物层进行长距离扩散,而氢原子在氢化物中的扩散是控制动力学性能最主要的因素。⑹

3. 复合纳米镁基储氢材料
镁系复合储氢材料有镁-氧化物和镁-氯化物型。利用机械合金化法可以将其与单质镁纳米复合制备成镁系纳米储氢材料。由于某些过渡金属元素的