开题报告铝基材料快速水解制氢的研究

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1、论文题目：铝基材料快速水解制氢的研究指导老师：魏范松开题报告负责人：肖兵组员：杨志轩王想花专业：金属材料工程选题背景及选题意义国内外制氢研究现状实验内容和研究方法123开题报告的内容4计划进度选题目的通过对金属AL中添加第二相，以改善合金的活性，得到产氢速率较快的AL基材料选题背景及选题意义1选题意义传统能源即人们已经广泛使用、技术上比较成熟的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、木材等大多属于不可再生能源，并且传统能源在利用时大多是通过燃烧，在燃烧的过程中，产生各种不同的气体、烟尘微粒，污染的空气、水源，特别是排放的温室气体，使全球气候变暖，对人类的生活环境影响较大。氢能是通过氢气和

2、氧气反应所产生的能量，这个过程只生成水,是一种很有利用价值的能源。作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是人类的战略能源发展方向。但存在一个很大的阻碍氢能大规模应用的因素就是氢的快速制备。铝是一种储量丰富,比能量高,性质活泼的金属,与水反应产生氢气具有很大的优势。国内外制氢研究现状1甲烷重整优点：气体燃料重整制氢中最为经济合理的。缺点：反应需吸收大量的热，能耗高；反应速度慢，制氢能力低，需建大规模装置，投资高。2生物制氢利用光解产氢生物制取氢气，如绿藻、蓝细菌和光合细菌等。蓝细菌和光合细菌产氢能力是绿藻的１/１０００，无研发价值，而绿藻产氢

3、效率又很低，研发缓慢。目前国内制氢工艺主要有电解水制氢。机理：正极：2OH－H2O+½O2+2eφ=0.401V负极：2H2O+2e2OH－+H2φ=－0.828V但电解水制氢工艺是一种昂贵的制氢技术，此技术只有在利用夜间过剩电力或可再生能源获得的电力如太阳能发电和水电时其经济上才合理。因此该工艺不能被广泛推广利用。铝基材料水解制氢Al+3H2O→Al(OH)3+3/2H2Al+3H2O+KOH→KAl(OH)4+3/2H2KAl(OH)4→KOH+Al(OH)3铝是一种储量丰富,比能量高,性质活泼的金属,与水反应产生氢气具有很大的热力学趋势。但铝基材料水解制氢速率并不是很快，

4、并且容易被氧化在表面形成一层致密的氧化物薄膜，阻止反应持续进行，因此不能实现氢气的实时制取与利用。国外在提高铝基材料水解制氢速率的方法上的研究方向主要是Al粉，因为Al粉反应速度快，但是制备Al粉以及储备Al粉的设备都相对昂贵。AL粉由于其较大的反应接触面积，具有较高的产氢速率昂贵复杂的制造过程和存储在真空与水接触会发生爆炸另外还有块状铝，其特点是：便宜且在空气和水中能稳定存在在碱溶液中产氢率低因此开发安全、经济的具有优良产氢率的铝基材料成为现在的热点本实验创新点在于对片状铝的研究相对于块状铝，它有较大的反应接触面积，具有较高的产氢速率比铝粉便宜，且在空气和水中能稳定存在针对铝容易

5、被氧化形成致密氧化膜，我们在铝中添加的合金元素与铝形成低熔点共熔合金,由于合金元素进入到铝的晶格中,使得铝的晶体结构发生变化,当合金发生氧化时,只能形成孤岛状的氧化膜,从而达到了破坏了原来致密氧化膜的连续性目的,使得氧化反应能持续进行;另外铝基材料水解制氢反应时的微环境发生了变化，由于合金元素的溶解,使反应微区的溶液性质发生变化,导致铝的腐蚀电位产生变得更负和氧化膜加快溶解,从而达到提高铝水解反应活性的目的。实验内容本课题要做的实验内容有:对合金进行电化学测试，采用线扫描的方法进行测试，初始扫描电压为-0.2V，终点扫描电压为-1.6V，扫描速度为0.001V/s材料表征，铝基

6、材料的物相分析（XRD)以及表面形貌分析(SEM)真空熔炼制备Al-Ni合金研究方法(1)研究Ni含量的变化对铝制氢反应速率的影响。(2)增大接触面积有利于加速反应，因为在反应过程中产生的气泡会阻碍金属与水的接触，从而降低的反应速率，所以我们设想在金属周围放上一定面积的泡沫镍，以增大表面积，让金属与水继续反应。(3)研究合金在不同碱溶液浓度中产氢速率，本次实验选KOH溶液，溶液浓度分别设定为1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L。(4)研究反应温度对产氢率的影响。计划进度1、2015.1-2015.3购买材料，阅读文献。2、2015.4-2015.7

7、实验部分，首先熔炼合金，利用线切割把合金切成片状，对合金进行物相及表面形貌，同时做产氢实验，全过程拍摄视频以记录产氢量3、2015.8-2015.10对实验数据进行分析，撰写学术论文4、2015.11-2015.12撰写结题报告、完成项目结题答辩4致谢！