1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
{title}文 献 综 述1.引言随着传统能源的日渐枯竭和人类对环境污染的不断重视，氢能作为一种高效清洁的能源受到广泛关注[1]。
在自然界中氢元素存在形式很多，并且储量丰富，作为新能源开发的主要对象，氢能燃烧热值高，具有高达142 MJ/kg的能量密度（是石油的三倍：47 MJ/kg）；其燃烧的产物是水，产生的水可用于再生氢气，具有可再生循环性；并且燃烧产物清洁，没有二氧化碳和烟雾等有害物质排放，无环境污染问题[2]。
因此，氢被认为是取代化石燃料的潜在的清洁和可持续能源的热门候选者。
氢能体系主要包括氢气的制取，存储与运输和利用三个环节。
目前想要实现氢能的规模化应用，要解决的最大难题是如何实现高效安全地储存氢气。
氢的存储方式根据其存在状态可以分为三种：气态储氢、液态储氢和固态储氢[3]。
高压压缩气态储氢和低温液态储氢存在储氢体积密度低，对容器要求苛刻，安全性系数低等缺点，因此主要采取固态储氢方式。
固态储氢是指将氢气以固态的形式储存在固体材料中，这种固体材料具体是指固态储氢材料。
在众多储氢材料中，Mg及其Mg基储氢合金由于其资源丰富、价格低廉、生产工艺成熟和可逆储氢容量高（MgH2的理论质量储氢密度和体积储氢密度分别为7.6 wt.% H2和110 kg H/m3），被视为最具有发展前景的储氢材料之一[4]。
然而，MgH2的脱氢动力学缓慢，热力学稳定（ΔH=75 kJ/mol H2），在1 bar的氢压下，开始脱氢温度需要在300 ℃以上，因此很大程度上限制了MgH2的实际应用[5]。
为改善Mg基材料的储氢性能，已经在合金化[6-8]、构建复合体系[9-10] 、纳米化[11-12]、催化[13-16]、改变反应路径[4,17]等方面做出了很多努力。
2.镁基储氢合金2.1 研究进展研究发现，Mg与其他过渡族金属（如Ti、Al、Ni等）组成Mg基金属化合物可以改善Mg的储氢性能。
其中Al作为一种含量丰富的金属，无疑更有利于材料的成本控制。
另外，Al元素具有质量轻、价廉和储量丰富等特点，常被用来提升镁基储氢材料的吸放氢性能。
一般情况下Al不能直接与氢气发生氢化反应生成铝氢化物，所以Al的添加通常都是作为热力学和动力学性能的调控因素。
Al的导热系数为235 W/(mK)，Al的添加能够有效促进MgH2脱氢过程中的热量传递，改善脱氢动力学性能。
而且Al还能够与MgH2发生化学反应生成镁铝合金并放出氢气，改变了氢化镁的脱氢反应路径，从而使得脱氢过程的焓变降低，热力学性能得到了提高。
在Mg-Al体系中，Mg2Al3合金与Mg17Al12合金均能与氢发生反应。
目前已经开展了关于Mg-Al双金属储氢材料的相关研究[9,18]。
但是，Al与Mg之间的溶解度较小，一般采用机械合金化与烧结等热处理或电沉积的方法使其互溶。
Andreasen等[19]将Al与Mg不同比例混合通过机械合金化的方法制备Mg-Al储氢合金。
发现Al的添加会降低Mg基储氢合金的最大吸氢能力，这是由于Al元素本身并不吸氢，Al 的加入降低了Mg的相对含量所导致的。
但Al的加入可以显著地改善Mg的吸放氢动力学与热力学性能，其原因有三个方面：一是Al可以使反应的传热效率提高；二是Al能够抑制样品的氧化倾向[20]；三是Al 使MgH2的稳定性降低[21]。
2.2制备方法镁基储氢合金的制备有多种，包括熔炼法、机械合金化法、扩散法、氢化燃烧法（HCS）等。
本课题制备镁铝合金拟采用氢化燃烧法。
氢化燃烧法（HCS）是将合金所需原材料的金属粉末按比例混合好，然后直接将样品放入高温氢气气氛中，利用高温氢气提供热量直接合成预期的氢化物的方法。
这种方法的反应过程较为复杂，不只含有一个吸热和一个放热反应，而且受压力条件的影响较大。
与传统的制备方法不同，这种方法并没有出现熔融状态，直接利用固相反应所放出来的热量将反应物直接转变为氢化物。
由此获得的反应产物的不仅具有组织疏松、产物表面洁净以及反应活性好的特点，而且在一定程度上提高了材料的吸放氢性能，具有能够在不需要活化处理和提纯的条件下的反应、合成时间短、能量消耗少、工艺操作简单等优点。
镁和铝可以利用这种方法直接获得Mg-Al金属氢化物。
这种方法的优点包括：①很容易控制产物的化学组成；②在氢化过程中不需要活化处理；③适用于大规模生产，有利于节约时间和能源。
3. 镁铝储氢合金性能的改善虽然铝的加入可以起到改善镁基储氢合金的储氢性能的目的，但是合金的热力学和动力学性能仍不能达到实际应用的要求，须进一步加以提升，特别是对于结构为bcc结构的纳米晶级别的固溶体，需更为深入的研究分析。
目前，比较常用的方法有改善制备工艺、掺杂其他元素形成三元合金、添加催化剂等。
3.1改善制备工艺微波烧结技术是近期人们非常关注的工艺技术。
有研究表明[22]，微波烧结制备产品时，一般只需要15 min到 30 min，就能够将金属粉末烧结成所需要的胚件。
Chemizzs等人[23]用微波烧结技术制备Al/SiC复合材料时，得到了具有超细晶粒晶体结构的复合材料。
在制坯过程中，SiC能将Al表面的氧化膜压破，从而提高了Al的表面活性，增强吸波性能。
上海交通大学和北京科技大学[24]通过研究微波烧结和传统的烧结对Mg-Ni-Fe3O4储氢合金的性能的影响时，发现微波烧结过程使镁合金组织结构发生了改变，改善了材料的储氢性能。
与常规使用的球磨等制备方法相比，通过微波加热迅速合成所需材料，可以获得更好的性能。
这给我们后续的研究提供了一个新的方向。
3.2掺杂其他元素元素掺杂是改良镁基储氢合金性能常用的策略。
Lee等[25]利用球磨将Ni添加到Mg17Al12中，由于Ni的存在与A1形成了稳定的Al3Ni和Al3Ni2相，这就导致在放氢反应中有过剩的Mg出现，与球磨的Mg17Al12相比，含Ni的Mg-A1合金在300 ℃下具备更快的吸氢速率以及更高的储氢容量，而储氢性能的提升恰恰是由于有过剩的Mg存在。
Wang等[26]研究了Ti、Ni和V的添加对Mg85Al15合金储氢性能的影响，研究发现这些过渡金属可降低 Mg-H键，从而起始吸放氢温度分别可从未添加Mg85Al15的188 ℃和312 ℃降低至96 ℃和244 ℃，其中Mg85Al15-5 wt.% Ni的吸氢焓可降至45.8 kJ/mol H2。
3.3添加催化剂添加催化剂也能有效改善Mg-Al合金的储氢性能，降低Mg-Al合金的吸放氢温度。
Lu等[27]研究了NbF5对MgH2-AlH3复合体系储氢性能的催化作用,在NbF5的作用下,体系中的AIH3稳定性降低，几乎完全分解成金属Al，且体系中MgH2的脱氢温度从324 ℃降低到280 ℃，脱氢激活能从127.4 kJ/mol降低到104.5 kJ/mol，这表明NbF5的加入能显著提高MgH2-AlH3复合体系的脱氢动力学性能，原因是NbF5可以在MgH2颗粒周围形成Nb/NbH层抑制晶粒长大，为氢的扩散提供通道。
参考文献：[1] Mao Zongqiang(毛宗强). Hydrogen Energy-the 21st Century's Green Energy(氢能:21世纪的绿色能源 )[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2005: 148.[2] Chen J, Yang D, Song D, et al. Recent progress in enhancing solar-to-hydrogen efficiency[J]. Journal of Power Sources, 2015, 280:649-666.[3] Schlapbach L, Zuttel A. Hydrogen-storage materials for mobile applications[J]. Nature, 2001;414:353-8.[4] Zhong H C, Wang H, Ouyang L Z. Improving the hydrogen storage properties of MgH2 by reversibly forming Mg-Al solid solution alloys[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2014, 39(7): 3320-3326.[5] Ershova O G, Dobrovolsky V D, Solonin Y M, et al. The effect of Al on thermal stability and kinetics of decomposition of MgH2 prepared by mechanochemical reaction at different conditions[J]. Materials Chemistry and Physics, 2015, 162: 408-416.[6] Zhu Y, Luo S, Lin H, et al. Enhanced hydriding kinetics of Mg-10 at% Al composite by forming Al12Mg17 during hydriding combustion synthesis[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 712: 44-49.[7] Luo S, Han H, Huang H, et al. Effect of Al* generated in situ in hydriding on the dehydriding properties of Mg-Al alloys prepared by hydriding combustion synthesis and mechanical milling[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 750: 490-498.[8] 朱阳林, 罗世成, 黄海翔, 等. 不同工艺对HCS合成Mg-Al体系氢化程度的影响[J]. 电源技术, 2018, 42(11): 1672-1674.[9] Liu H, Wang X, Liu Y, et al. Improved hydrogen storage properties of MgH2 by ball milling with AlH3: preparations, de/rehydriding properties, and reaction mechanisms[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1(40): 12527-12535.[10] Liu H, Wang X, Liu Y, et al. Hydrogen Desorption Properties of the MgH2-AlH3 Composites[J]. Journal of Physical Chemistry C, 2014, 118(1): 37-45.[11] Zhang J, Zhu Y, Lin H, et al. Metal Hydride Nanoparticles with Ultrahigh Structural Stability and Hydrogen Storage Activity Derived from Microencapsulated Nanoconfinement[J]. Advanced Materials, 2017: 1700760.[12] Liu T, Qin C, Zhang T, et al. Synthesis of Mg@Mg17Al12 ultrafine particles with superior hydrogen storage properties by hydrogen plasma-metal reaction[J]. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(37): 19831-19838.[13] Ma Z, Zhang J, Zhu Y, et al. Facile Synthesis of Carbon Supported Nano-Ni Particles with Superior Catalytic Effect on Hydrogen Storage Kinetics of MgH2[J]. ACS Applied Energy Materials, 2018, 1(3): 1158-1165.[14] Zhang J, Shi R, Zhu Y, et al. Remarkable Synergistic Catalysis of Ni-Doped Ultrafine TiO2 on Hydrogen Sorption Kinetics of MgH2[J]. ACS Applied Materials t Hoff方程和origin软件对数据进行处理，获得样品的等温吸放氢曲线、吸放氢活化能、焓变、熵变等参数，探究TiF3对镁铝合金储氢性能热力学和动力学双调控的机理。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
