影响TiMnx非计量比合金储氢容量的结构因素

徐申东　方亮　丁晓丽

(安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山243002)

影响TiMnx非计量比合金储氢容量的结构因素

徐申东方亮丁晓丽*

(安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山243002)

以TiMnx(x=1.4,1.5,1.6,1.7)非计量比合金为对象，系统研究了储氢容量与其内在结构之间的相关性。结果表明，所有合金的主相均为C14型Laves相，但其储氢容量却存在显著差异。其中TiMn1.4合金的储氢量约为0.65%(w，质量分数)，吸/放氢平台较倾斜，且存在明显的滞后；而TiMn1.5合金的可逆储氢量达到1.2%(w)，平台较为平坦；但继续增加x，其储氢量反而降低，如x=1.6合金的储氢量仅为0.30%(w)，而x=1.7合金则几乎不吸氢。进一步结构解析表明，上述储氢容量的迥异主要归因于部分Ti原子占据Mn(2a)位置，且其占位率随x的增加而降低，随之C14相中贮氢四面体间隙体积减小；而引起贮氢四面体间隙体积发生变化的主要因素是Ti―Ti键和Mn(2a)―Mn(2a)键的键长，其中Mn(2a)―Mn(2a)键长的增加对合金储氢容量的提升起关键作用。

储氢合金；Laves相；四面体间隙；非化学计量比；原子占位

研究表明9－12，合金的储氢容量与其化学组分、晶体结构等因素密切相关。因此，继续深入研究合金的储氢容量、化学计量比与内部原子结构之间的关联具有重要价值，尤其是为新型高容量金属氢化物的开发提供借鉴。TiMn2基Laves相合金具有储氢量相对较大、动力学性能优异和成本相对较低等优点，是实用储氢材料的研究热点。人们研究发现TiMn2基合金的化学成分(尤其是化学计量比)对其储氢容量、平台特性及循环寿命等都存在较大影响13－15，然而，导致储氢性能产生差异的内在因素至今却并不清楚。……