4.1.1 Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料的微观结构
为了揭示不同LaMg2Ni合金含量对复合材料储氢性能的影响机制,研究了复合材料的微观结构及形貌。图4-1给出了Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料充分氢化后的XRD 图谱。从图中可以看出,加入LaMg2Ni合金的复合材料均由Mg2NiH4 相和LaH3 相组成,并未检测到LaMg2Ni相的存在,说明LaMg2Ni合金在氢化过程中完全分解为LaH3 相和Mg2NiH4 相,并且LaH3 相的相对衍射强度随LaMg2Ni含量的增加而增加。在x=0的纯Mg2Ni氢化物衍射图谱中,在19.7°和44.8°处发现Mg2NiH0.3 相的衍射峰,表明在相同氢化条件下,纯Mg2Ni 样品不能被充分转化为Mg2NiH4,而添加LaMg2Ni合金的复合材料则能够被充分氢化。
图4-1 Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料充分氢化后的XRD图谱
图4-2为充分放氢后Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料的XRD 图谱。经过放氢处理后,复合材料中Mg2Ni的氢化物相均转变为Mg2Ni相,而LaH3 相在放氢过程后没有发生相转变,并且在放氢后的复合材料中没有发现LaMg2Ni 相的生成,这是由于LaH3 分解温度过高以及LaMg2Ni相的成相温度较高导致的。
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图4-2 Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料充分放氢后的XRD图谱
图4-3给出了Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=10、20和30)复合材料的在573K 放氢后的背散射(BSE)图。从图中可以看出在复合材料颗粒中夹杂一定数量的白色亮区,该区域为原子量较大元素的聚集区。其中,x=20复合材料中的白色亮区较少并且分布均匀。通过对样品进行EDS检测,发现图像中白色亮区均为La元素聚集区,而较暗的部分则由Mg元素与Ni元素组成,并且其质量百分比与Mg2Ni合金比例相符,表明该类区域为Mg2Ni合金基体。该结果与XRD 结果分析相符。
表4-1为图4-3中标注区域的EDS检测结果,可以看出随着复合材料中LaMg2Ni含量的增加,Mg2Ni基体中的La元素含量显著增加,表明在球磨及吸/放氢过程中,伴随着LaMg2Ni合金氢化物的分解,La元素扩散至Mg2Ni基体合金中。这种微观结构使LaH3 在复合材料中能够更好地发挥其催化作用。这是由于LaH3 是由LaMg2Ni氢化分解得到,其反应方程式为下列反应(4-1)。该反应生成的LaH3 在复合材料后续的吸/放氢过程中不再发生相转变,因此它使得反应(4-1)生成的Mg2NiH4 与球磨加入的基体Mg2NiH4 间存在大量稳定的相界面。
图4-3Mg2Ni+xwt.%LaMg2Ni(x=0、10、20和30)复合材料充分放氢后的BSE图:(a)x=10;(b)x=20;(c)x=30
表4-1 图4-3中标注区域的EDS检测结果
