不同奈米碳材對鋁氫化鈉放氫行為的影響研究

Translated title of the thesis: Catalytic Effects of Various Nano-Carbon Materials on the Dehydrogenation Behavior of Sodium Alanate
  • 胡 世頡

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究以多壁奈米碳管 (MWCNTs)、石墨烯薄片 (GnP)、碳60 (C60)進行原材鋁氫化鈉 (NaAlH4)的改質,探討並比較NaAlH4經奈米碳材改質後的釋氫性質。研究中所使用之NaAlH4擁有高理論重量氫密度7 4 wt%,起始釋氫溫度約210 oC,利用奈米碳材的表面陰電性與NaAlH4間產生交互作用,改善NaAlH4釋氫溫度、釋氫量和釋氫速率等熱放氫性質。實驗以機械球磨法將NaAlH4和奈米碳材均勻混合,利用高壓熱重分析儀 (HPTGA)測定經碳材改質後NaAlH4的熱放氫性質,並藉由臨場同步X光繞射技術 (in-situ synchrotron XRD)探討碳材對NaAlH4在放氫過程中的反應機構。 結果顯示,MWCNTs、GnP、C60對 NaAlH4之二階段放氫反應有不同程度的影響。對於MWCNTs而言,其角色主要在於降低NaAlH4的起始釋氫溫度,隨添加量增加從原材的206 oC降低至136 oC,為三者碳材中最佳;而對於GnP而言,其球磨後的結構和MWCNTs類似造成相似的放氫行為,然而催化效果略低於MWCNTs;C60之催化效果為三種奈米碳材中最佳,可以增加NaAlH4的第一步驟反應速率並降低第二步驟的分解溫度,當添加量達15 wt%以上時,NaAlH4的第二階段放氫溫度幾乎和第一階段的溫度重疊。 In-situ XRD的結果顯示C60會參與NaAlH4的放氫反應而生成Na6C60,使NaAlH4的第二階段反應提前至較低溫發生,顯示C60的高表面陰電性有助於減弱Al-H鍵結的強度,降低NaAlH4之脫氫能;相較於MWCNTs和GnP則不參與NaAlH4的放氫過程。此外,奈米碳材會縮短NaAlH4液化的溫度區間,造成MWCNTs/ NaAlH4的放氫速率較純NaAlH4緩慢。最後,本研究亦嘗試結合C60和MWCNTs的效果,結果顯示C60對促進NaAlH4放氫速率扮演最重要的角色,由不同複合碳材添加量條件,顯示MWCNTs主導NaAlH4的第一階段放氫溫度,而C60則是主導第二階段放氫溫度。綜合上述結果,三種類型的奈米碳催化能力由大而小依序為:C60> MWCNTs≧ GnP。
Date of Award2015 Aug 4
Original languageChinese
SupervisorWen-Ta Tsai (Supervisor)

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不同奈米碳材對鋁氫化鈉放氫行為的影響研究
世頡, 胡. (Author). 2015 Aug 4

Student thesis: Master's Thesis