BN纳米陶瓷空芯微球的自组装及储氢性能研究

氢能热效率高、对环境友好被誉为绿色可再生清洁能源。在氢能源系统中，储氢材料作为氢气贮存输送的载体已成为制约氢能源发展的关键瓶颈。氮化硼（BN）在陶瓷材料中质量最轻，具有强度高、耐高温高压、化学稳定性好、成本低、可回收-再生循环使用寿命高的特点，是理想的储氢陶瓷材料。本项目基于高分子三维网络技术和纳米材料自组装技术，利用自组装模板法制备出高比表面积BN纳米陶瓷空芯微球。BN纳米陶瓷空芯微球具有毛细管凝聚（类似于液态）吸附相当大体积氢气的特点，储氢容量大、吸放氢速度快、可回收-再生循环使用寿命高，在绿色氢能源开发中将占有重要地位。目前尚未有BN纳米陶瓷空芯微球自组装技术方面的研究报道，更没有BN纳米陶瓷空芯微球毛细管凝聚吸附储氢方面的研究报道，因而本项目研究具有一定的创新性。项目的完成有望突破制约氢能源发展的技术瓶颈，对氢能源开发及氢能源为动力的汽车产业的发展将起到巨大推动作用。

本项目基于高分子三维网络和软模板自组装技术，通过研究硼源成分配比、软模板质量百分含量和合成工艺参数等制备出BN纳米陶瓷空心微球。研究软模板对h-BN粉体微观结构和吸附性能的影响，分别以CTAC和DTAC两种表面活性剂作为软模板。利用SEM、TEM、XRD和全自动孔隙度测定仪等检测手段具体研究了添加软模板对h-BN粉体的微观结构和吸附性能的影响。结果表明：添加不同量的CTAC和DTAC可以合成出不同微观结构的h-BN粉体，其中包括片状、球形、饼状、介孔微球等；还详细研究了成分配比、微观形貌对比表面积及储氢性能的影响，得出比表面大小是影响储氢性能的关键，比表面积越大、储氢性能越好。在液氮温度下利用软模板法获得的最高比表面积为201.935m2/g、储氢质量为0.125wt%。本项目还以KOH为活化剂开发一种制备高比表面氮化硼的活化新方法。通过该方法，比表面积由原来的201.935 m2/g显著提高到405.07 m2/g，在液氮温度下储氢质量可显著提高到0.547 wt%。目前尚未有BN纳米陶瓷空芯微球自组装技术方面的研究报道，也尚未见有制备高比表面氮化硼的新型活化方法的研究报道，该活化方法为高比表面多孔材料的制备提供一个崭新的途径。项目的完成有望突破制约氢能源发展的技术瓶颈，对氢能源开发及氢能源为动力的汽车产业的发展将起到巨大推动作用。