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氢气在镧镍上的吸附热

2018-01-10 11:39阅读:
镧镍(LaNi5)是一种金属合金,它可以在合适压力和温度条件下,快速吸收氢气,形成氢化合金混合物。 这种氢化合金混合物由于能够吸收大量氢气,在特定压力下可以储存氢气,在不同的低压区释放氢气而闻名。 这种吸附特性有着独特的“高原”特性,当氢气与LaNi5的反应,高度地依赖于温度,可以用压力的等温线加以证实。 1所示。不同温度下的测得的吸附等温线,并由此产生吸附热报告。 该报告提供了LaNi5与氢气反应机理的一些证据。
氢气在镧镍上的吸附热
1. 在各种温度下, 氢气在镧镍上的吸附等温线。吸附线是蓝色,脱附线是红色。

材料

细粉状、纯度为99.9%LaNi5 被用于此次分析。 氢气采用的是超高纯度级别气体 (UHP),同样的UHP级的氦气也用来在分析之后测试自由空间。 所用的LaNi5是阿法拉莎公司的商品。

准备

LaNi5首先置于高压纯氢环境下长时间“浸泡”, 样品要在烘箱内250 psi氢气压力下,“浸泡”24小时后, 取约5g的少量样品放入样品管内,一起安装在ASAP2050仪器的分析口上。在开始分析之前, 再次“浸泡”在150 psi压力的氢气中,维持48小时。 第二次浸泡氢气是很有必要的步骤, 因为日常操作下的LaNi5会暴露在空气下, 第二次氢气中的浸泡,可以对“暴露过”的LaNi5,进一步的净化和还原。

分析

LaNi5被浸泡在氢气中48小时之后,依次进行几次测试。 每次在ASAP2050仪器上测试, 包括在全压力范围内:0.1 Torr7500 Torr压力, 收集吸附等温线。同时在从060温度范围内,温度间隔在20 ,和40下进行吸附测试。

数据

通过测试同一个样品在不同温度下、很宽压力范围下的吸附等温线, 可以获得等量吸附热报告。 等量吸附热是一种能量量值。 由吸附质(气体)吸附到吸附剂(样品)上不同温度下的等温吸附线计算出的等量吸附热。 利用内插法以一系列等量的体积增量和压力为变量,以每一个压力自然对数点分别对应于不同的体积,对应于 1/RT构成曲线。 也可以利用每一条等容线,即利用范特霍夫等温方程的偏差量获得的,直接计算出吸附热。

氢气在镧镍上的吸附热
式中:
H 吸附焓(热), KJ/mol;
S 吸附熵(热), KJ/mol.K;
P 压力,Torr
R 气体常数,0.00844 KJ/mol.K


由每一条等容线的斜率产生出吸附焓, 对应特定等容体积,构成此体积与焓的数据,从而产生吸附热曲线,如图2所示。
氢气在镧镍上的吸附热
2. H2/LaNi5镧镍吸附热


对应氢气吸附到LaNi5上全范围包括“高原”内的平均吸附热是30.295 kJ/mol 氢气物理吸附热通常是4 10 kJ/mol, 例如在炭材料表面上, 但在LaNi5上,吸附热是30.295 kJ/mol, 与公布的数据吻合。 LaNi5的焓范围值:29 32 kJ/mol。增加的物理吸附焓部分来源于LaNi5与氢之间的吸附和分离。不同于绝大多数在ASAP2050仪器上测试的材料,例如炭,所进行的物理吸附是吸附分子氢,LaNi5进行的是化学吸附,实际是金属结构上吸附原子氢。 在化学吸附时,氢分子被解离和以两个氢原子吸附到LaNi5上,由于氢分子价带的解离,导致吸附热增大,在750 Torr300K 下的解离效应,达到19.6 kJ/mol, 氢化学吸附会强烈影响到吸附热,氢吸附也是增大吸附热的角色。来自于解离的氢原子, 吸附到金属网络中,并引起网络的扩张,并贡献了绝大部分增加的吸附热。利用吸附热报告,可以很清楚比较氢吸附和存储到LaNi5,不同于简单的物理吸附。结果也揭示了氢与LaNi5之间的相互作用机理。
氢气在镧镍上的吸附热
3. ASAP2050气体吸附仪


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