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发展安全、高效和经济的储氢技术是氢能规模化利用的关键。Li-Mg-N-H储氢材料因其较高的储氢容量和较好的可逆性,备受世人关注,但较差的吸放氢热力学性能与较慢的吸放氢动力学性能阻碍了其实用化。为了进一步改善Li-Mg-N-H储氢体系的储氢性能,本文从成分调变、催化改性以及储氢机理等方面出发,对其进行了系统研究。考察了Li2NH-MgNH体系成分与储氢性能之间的关系,揭示了Li3N-Mg3N2体系的氢化反应机理,阐明了Ca(BH4)2以及卤化锂对Mg(NH2)2-2LiH和2LiNH2-MgH2体系储氢性能的影响规律及作用机制。研究了球磨后Li3N-xMg3N2(x=0,0.25,0.5,1.0)样品的储氢性能及其机理。结果发现,Li3N-xMg3N2样品的储氢性能与Mg3N2的添加量有密切关系Li3N-0.25Mg3N2样品具有最佳的储氢性能,能够可逆储存～8.4wt%的氢。吸氢后的Li3N-0.25Mg3N2样品的起始放氢温度为125℃,较氢化后的Li3N样品降低了40℃。对不同氢化阶段的Li3N-0.25Mg3N2样品结构检测显示,其吸氢过程是一个多步反应。Li3N首先吸氢后转变为Li2NH和LiH进而生成LiNH2,然后新生成的LiNH2与Mg3N2在氢压下反应生成Li2Mg2(NH)3和MgNH,最后Li2Mg2(NH)3和MgNH与LiNH2一起氢化成Mg(NH2)2和LiH。高的Mg3N2添加量可以减小样品颗粒尺寸,增加接触程度,有利于与LiNH2反应生成Mg(NH2)2。研究了Li2NH-xMgNH (x=0,0.5,1,2)体系的储氢性能及其机理。研究发现,添加MgNH的Li2NH样品的工作温度显著降低。氢化后的Li2NH-0.5MgNH样品的放氢起始温度和结束温度比氢化后的Li2NH样品分别降低了～40℃和220℃。氢化后的Li2NH-0.5MgNH样品在140-280℃的温度范围内,通过两步反应能够放出～5.6wt%的氢,略高于Mg(NH2)2-2LiH体系。结构分析表明,吸放氢反应路径与MgNH和Li2NH的摩尔比密切相关。热力学分析显示,反应路径的改变是Li2NH-xMgNH体系热力学性能改善的主要原因。添加KH能够进一步改善Li2NH-0.5MgNH样品的吸放氢动力学性能。研究了Mg(NH2)2-2LiH-xCa(BH4)2(x=0,0.1,0.2,0.3)样品的储氢性能。研究可知,LiH和Ca(BH4)2在球磨过程中会发生置换反应生成LiBH4和CaH2。其中,添加0.1Ca(BH4)2的样品表现出较佳的综合储氢性能,其起始放氢温度为～90℃,较Mg(NH2)2-2LiH样品降低了40℃。在140℃的等温条件下,100min内即可放出～4.0wt%的氢,放氢速率常数较原始样品提高了4倍。放氢后的0.1Ca(BH4)2添加样品在105℃和100bar氢压条件下,140min内能够快速吸收4.0wt%的氢,较原始样品快50倍。热力学与动力学分析表明,0.1Ca(BH4)2添加样品的放氢反应活化能和焓变分别为100.6kJ/mol和30.2kJ/mol H2分别较原始样品降低了16.5%和28.1%。进一步研究发现,添加Ca(BH4)2的样品较单独添加CaHH2或LiBH4的样品呈现出更优的储氢性能,说明原位生成的CaHH2和LiBH4对Mg(NH2)2-2LiH体系的储氢性能具有协同改善作用。进一步研究了2LiNH2-MgH2-xCa(BH4)2(x=0.0.1,0.2,0.3)样品的储氢性能。研究表明Ca(BH4)2和LiNH2在球磨过程中会发生置换反应生成Ca(NH2)2和LiBH4,新形成的LiBH4在球磨和(或)起始加热过程中会与LiNH2反应生成Li4(BH4)(NH2)3。添加Ca(BH4)2的样品在加热过程中表现出两个放氢阶段。原位生成的Ca(NH2)2和Li4(BH4)(NH2)3能够降低放氢起始温度,但同时降低了第一个放氢阶段的放氢量。2LiNH2-MgH2-0.1Ca(BH4)2样品表现出较优的放氢性能,其起始放氢温度为100℃,放氢量可达5.0wt%。吸氢性能测试显示,2LiNH2-MgH2-0.1Ca(BH4)2样品的低温吸氢性能明显优于原始样品,放氢后的0.1Ca(BH4)2添加样品在160℃和100atm氢压下能够完全氢化,而未添加Ca(BH4)2的样品在相同的条件下只能实现15%的氢化。系统研究了卤化锂LiX(X=F, Cl,Br, I)添加对LiNH2-MgH2吸放氢行为的影响。结果发现,LiNH2-MgH2-0.05LiBr具有较优的储氢性能,其起始放氢温度为120℃,较原始样品降低了55℃,在220℃时,出现一个非常尖锐的放氢峰,表明在此温度时放氢速率较快。LiNH2-MgH2-0.05LiBr样品的放氢动力学是LiNH2-MgH2样品的4倍,其根本原因是放氢活化能的降低。此外,LiBr的添加显著抑制了LiNH2-MgH2样品放氢过程中的放氨行为。结构分析表明,添加的LiBr在放氢过程中会与LiNH2通过一个放热反应过程生成Li7(NH2)6Br,新生成的Li7(NH2)6Br不但能够弱化LiNH2中的N-H键,还能促进材料中的Li+迁移,从而改善了样品的放氢性能。