1、超聲輔助法合成硫化鉍及其儲氫性能研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解新型非金屬儲氫材料的研究進(jìn)展2. 掌握硫化鉍儲氫材料的超聲輔助合成方法3. 熟悉電化學(xué)儲氫電極制備及材料性能測試二實(shí)驗(yàn)原理1. 儲氫材料的研究進(jìn)展氫能源是一種新型的環(huán)境可持續(xù)能源形式。而缺乏安全、方便、高效的儲存系統(tǒng)是氫能源利用的一個(gè)重要障礙。當(dāng)前主要的材料儲氫體系：（1）物理儲存（如壓縮、液化等）；（2）不可逆化學(xué)儲存（如甲醇、氨水等）；（3）可逆化學(xué)（電化學(xué)）儲存（如金屬及合金的氫化物、新型非金屬氫化物等）；（4）氣固相吸附（如大比表面載體、納米碳材料等）。2. 儲氫材料的合成方法傳統(tǒng)金屬及合金儲氫材料的合成制備方法為電弧熔煉法、高溫

2、固相法、化學(xué)還原法、機(jī)械合金化法等。新型非金屬儲氫材料的主要是指具有電化學(xué)儲氫功能性的碳納米材料、硫化物、氧化物、氫氧化物等。其儲氫機(jī)理中，常以過渡金屬或重金屬離子為催化劑、而其富含的帶電荷的硫原子、氧原子、氫氧根離子等可作為與氫原子相互作用的重要基團(tuán)。此類新型儲氫材料的合成方法與常見的納米和功能材料相類似，主要分為物理法、化學(xué)法和綜合法。物理粉碎、噴霧干燥、激光轟擊、超聲等都屬于物理法；溶膠凝膠、水熱、溶劑熱、沉淀、共沉淀等都屬于化學(xué)法；本次實(shí)驗(yàn)將要采用的超聲輔助沉淀法屬于典型的綜合法。3. 電化學(xué)儲氫電極和儲氫器件 儲氫合金和新型非金屬儲氫材料的儲氫基于電化學(xué)儲氫，主要應(yīng)用于鎳氫電池負(fù)極，

3、其電極反應(yīng)如下。正極反應(yīng)： Ni(OH)2 + OH- = NiOOH + H2O + e 負(fù)極反應(yīng)： M + xH2O + x e - = MHx + x OH- 總反應(yīng) ： x Ni(OH)2 + M = xNiOOH + MHx(注：MHx 表示吸氫狀態(tài)下形成的金屬氫化物)三. 實(shí)驗(yàn)步驟1. Bi2S3的超聲輔助合成在100mL的干燥小燒杯中,稱取五水合硝酸鉍1.0g，然后依次加入0.5mL濃鹽酸和20mL蒸餾水，置于超聲波振蕩器中，使燒杯內(nèi)液面略低于外部液面，開啟超聲。再稱取0.5g硫代乙酰胺并用15-20mL蒸餾水溶解，然后在超聲下將硫代乙酰胺溶液分批次緩慢倒入硝酸鉍溶液中，升溫至4

4、0-50攝氏度，超聲沉淀20-30分鐘。沉淀結(jié)束后，離心分離出沉淀，再用蒸餾水離心洗滌5次，無水乙醇離心洗滌兩次，最后將離心管置于真空干燥箱中100攝氏度干燥1-2小時(shí)。2. 電極制備和器件組裝（1）正極制備：于30mL 瓷坩堝中稱取干燥的Ni(OH)2 0.24g、PVDF 0.01g用玻璃棒攪拌混勻5min，然后滴加5-8滴NMP溶液，待浸潤后攪拌20min成均勻的糊狀漿液，再用玻璃棒蘸取并涂抹于已經(jīng)稱重后的泡沫鎳網(wǎng)的下半部分，蘸取2-3次即可，小心的置于烘箱120攝氏度烘干1小時(shí)，冷卻后再次稱重并記下涂覆樣品后的泡沫鎳重量，最后用另一片泡沫鎳空片（未涂樣品）將樣品夾合，在20 MPa 壓

5、力下保壓1分鐘壓制成正極極片。（2）負(fù)極制備：于30mL 瓷坩堝中分別稱取干燥的Bi2S3 0.20g、乙炔黑0.04g、PVDF 0.01g再用玻璃棒依次攪拌混勻5min，然后滴加15-20滴NMP溶液，待浸潤后攪拌20min成均勻的糊狀漿液，再用玻璃棒蘸取并涂抹于已經(jīng)稱重后的泡沫鎳網(wǎng)的下半部分，蘸取2-3次即可，小心的置于烘箱120攝氏度烘干1小時(shí)，冷卻后再次稱重并記下涂覆樣品后的泡沫鎳重量，最后用另一片泡沫鎳空片（未涂樣品）將樣品夾合，在20 MPa 壓力下保壓1分鐘壓制成正極極片。（3）器件組裝：將正、負(fù)極極片分別穿孔，并將極片下半部分浸潤在裝有50 mL 6mol/L KOH溶液的小

6、燒杯中將電極活化24小時(shí)以上。按照紅色-正極、黑色-負(fù)極的對應(yīng)關(guān)系將測試夾具分別夾在正負(fù)極上，制成Ni-H電池測試器件。3. 儲氫性能測試（Ni-H電池測試） 在LAND電池測試儀上，進(jìn)行重放電測試，充電時(shí)以100mA/g電流密度充電，截止充電電壓為1.5V，放電時(shí)以50和100mA/g電流密度各兩次放電至0.05V。四. 數(shù)據(jù)處理1. 以電壓和充放電比容量作圖并分析；2. 寫出此電池電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式，根據(jù)容量核算電化學(xué)儲氫比例（所儲存氫原子在儲氫材料中的質(zhì)量比例）。五. 思考題1. 氫能源為何被認(rèn)為是環(huán)境可持續(xù)能源。2. 超聲輔助在硫化鉍沉淀法合成過程中的主要作用。參考文獻(xiàn)：1. 戴貴平，劉敏，王茂章，成會明；納米碳管電化學(xué)