碳与合金复合储氢材料的构建和性能

首先应用廉价原料：如醇类(乙醇等)、碳水化合物(如糖类、淀粉等)，采用水热溶剂热等绿色合成方法制备不同尺寸和结构的球形碳材料；进一步经化学处理获取具有多孔和高活性的微米碳球、纳米碳球、柠檬碳球或空心碳球；应用软化学和电沉积技术以及机械球磨等方法在碳球表面或孔内制备组装或沉积储氢合金、金属络合氢化物和贵金属，构建一类新型复合储氢材料或具有特殊形貌的储氢合金。研究制备方法和条件对复合储氢材料的结构、形貌、尺寸、孔隙、比表面的影响与作用，研究复合储氢材料的物理化学性能、电化学性能和储氢性能，并深入考察这些性能与材料结构、形貌、尺寸、表面等的内在关系与变化规律。本项目的研究和完成，将对新型复合储氢材料的构建与应用，材料结构、形貌与性能关系的理解，新型高效储氢材料的探寻，对储氢机制和储氢热力学、动力学的认识具有重要价值，为这类复合储氢材料在能源领域的广泛应用提供重要的理论基础和技术依据。

氢的储存是氢能应用中的关键。碳材料具有形态和结构多样性、化学稳定性高、成本低、储氢可逆性好和动力学性能优良等独特优势，而有望达到美国能源部和世界能源署储氢目标的氨基化合物、金属氢化物和镁基等储氢材料由于吸放氢温度高、可逆性和动力学性能差、初始活化困难、空气中不稳定等诸多缺陷而目前无法加以使用。. 本项目首先应用价廉易得的醇类、碳水化合物、壳聚糖、金属有机化合物和废气生物质等原料，采用水热溶剂热以及高温碳化活化等合成方法制备具有新颖结构和形貌的碳材料，主要包括球形碳材料和多孔碳材料以及碳的空心结构，并研究了它们的形成机理，以及不同结构和形貌碳材料的电化学性能和孔炭材料的储氢性能。. 在此基础上，发展原位合成路线和利用化学还原手段以及机械球磨等技术构筑氧化物/碳、碳/金属、碳/合金以及碳/金属氢化物等碳基复合材料，研究了这类复合材料的电化学和储氢性能、影响因素以及变化规律。采用优化设计、有机合成、纳米技术、机械化学法制备和表征了系列新型储氢材料。研究了金属有机框架化合物、多孔炭材料、多孔材料限域及催化改性高容量储氢材料(氨硼烷（NH3BH3），LiBH4，LiAlH4，NaAlH4，MgH2等)的结构、性能和储氢热力学和动力学相关性质，并探讨了其吸放氢机理。. 本项目还成功设计制备了性能优异的新型铝合金材料，实现了其原位产氢与燃料电池对接；建立了金属氢化物、配位氰化物、金属有机框架化合物和炭基材料等储氢材料数据库。. 本项目主要的创新点体现在：开辟了利用价廉易得的醇类化合物有效调控碳材料结构形貌、尺寸大小的新的方法和途径，这一方法也可以为碳/金属氧化物、碳/金属等核壳结构及相应的空心结构的构建以及金属氧化物与金属的形貌的调控提供新的机会；发展了利用水热溶剂热方法处理废弃生物质获取优良储氢性能的碳材料的新的方向；设计合成了系列具有优良储氢性能的新的金属有机框架化合物；创造性地利用金属有机框架化合物、多孔炭材料、多孔材料限域及催化效应改善了氨硼烷、金属氢化物和镁基等高容量储氢材料的结构、储氢性能和动力学与热力学性质。. 本项目研究成果为高容量储氢材料和复合储氢材料进一步的理论与应用研究奠定了基础。