[發(fā)明專利]一種儲(chǔ)氫材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710011043.X
• 申請(qǐng)日: 2007-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN101289161A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫立賢;劉穎雅;徐芬;邱樹君;褚海亮;楊黎妮;曹朝霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): C01B3/00
• 分類號(hào): C01B3/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)氫材料，具體的說是一種可以在溫和條件下實(shí)現(xiàn)良好的吸放氫的氫溢流催化劑復(fù)合多孔金屬有機(jī)化合物材料的制備方法。

背景技術(shù)

作為一種無污染、清潔的可再生能源，氫能的開發(fā)和應(yīng)用已獲得各國(guó)的廣泛關(guān)注，它包括四個(gè)環(huán)節(jié)：生產(chǎn)、輸運(yùn)、儲(chǔ)存、使用。其中，儲(chǔ)氫技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。美國(guó)能源部的目標(biāo)為：對(duì)燃料電池電動(dòng)汽車而言，其體積儲(chǔ)氫密度須達(dá)到62kgH₂/m³吸附劑，重量密度則為6.5wt％。為達(dá)到這一目標(biāo)，多年來許多科研工作者已對(duì)氫的儲(chǔ)存進(jìn)行了大量深入和廣泛的研究和正在努力尋找著一種經(jīng)濟(jì)、安全而實(shí)用方便的儲(chǔ)氫方式。在傳統(tǒng)的高壓和液化儲(chǔ)備氣體的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)60年代末到70年代初，Mg₂Ni、LaNi₅、TiFe等儲(chǔ)氫合金的發(fā)現(xiàn)，拉開了儲(chǔ)氫材料研究的帷幕，隨后各種類型的儲(chǔ)氫材料相繼受到關(guān)注，從單純的二元儲(chǔ)氫合金發(fā)展到性能更優(yōu)異的多元金屬合金以及新型的活性碳材料和碳納米管、無機(jī)氫化物、多孔金屬有機(jī)化合物等。

多孔金屬有機(jī)化合物，是指無機(jī)金屬中心與有機(jī)官能團(tuán)，通過共價(jià)鍵或離子鍵相互連接，共同構(gòu)筑的具有規(guī)則孔道或孔穴結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多晶材料。它們具有以下特征：1)較強(qiáng)的鍵合作用為結(jié)構(gòu)提供剛性；2)連接金屬中心或金屬簇的有機(jī)官能團(tuán)可以通過有機(jī)合成過程進(jìn)行調(diào)整；3)骨架結(jié)構(gòu)可以通過明確的幾何構(gòu)型進(jìn)行定義。由于兼?zhèn)淞擞袡C(jī)材料和無機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，使其在氫氣吸附方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：首先，材料含有金屬原子，其結(jié)合氫的能力比石墨化的碳更強(qiáng)，但又比金屬氫化物中真正的化學(xué)鍵弱，可以比較容易的控制其吸放氫的條件；另外，材料有極大的比表面積和較低的骨架密度，而成為儲(chǔ)氫材料的又一個(gè)亮點(diǎn)。

目前多孔金屬有機(jī)化合物作為一種很有研究和發(fā)展前途的儲(chǔ)氫材料正在受到全球范圍的極大關(guān)注。美國(guó)的Yaghi(N.L.Rosi，J.Eckert，M.Eddaoudi，D.T.Vodak，J.Kim，M.O’Keeffe?and?O.M.Yaghi，Science，2003，300，1127-1129)，法國(guó)的Férey(G.Ferey，M.Latroche，C.Serre，F(xiàn).Millange，T.Loiseau?and?A.Percheron-Guegan，Chem?Commun，2003，2976-2977)等多個(gè)研究小組在多孔金屬有機(jī)化合物的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究方面獲得了許多引人注目的重要的成果。然而目前大部分的多孔金屬有機(jī)化合物的儲(chǔ)氫數(shù)據(jù)都是在極低的溫度(77K)下測(cè)得的，常溫下的儲(chǔ)氫效果并不理想，目前國(guó)外報(bào)道的比較好的室溫下的儲(chǔ)氫結(jié)果為65bar的壓力下，質(zhì)量?jī)?chǔ)氫量為0.28％(B.Panella，M.Hirscher，H.Putter?and?U.Muller，Adv?Funct?Mater，2006，16，520)，距離美國(guó)能源部對(duì)貯氫材料的商業(yè)化指標(biāo)，即重量密度6.5wt％還有很大差距。因?yàn)閱渭兊亩嗫捉饘儆袡C(jī)化合物儲(chǔ)氫主要以物理吸附為主，只有在低溫下才有較好的表現(xiàn)；而從應(yīng)用的角度出發(fā)，需要能夠在溫和條件下儲(chǔ)存盡可能多的氫氣的儲(chǔ)氫材料，這就需要我們對(duì)金屬有機(jī)化合物材料進(jìn)行改性，使之滿足我們的需求。

溢流現(xiàn)象是催化領(lǐng)域中被廣泛關(guān)注的一種現(xiàn)象。一個(gè)相表面上(給體相)吸附或產(chǎn)生的活性物種(溢流子)向另一個(gè)在同樣條件下并不能吸陽或產(chǎn)生該活性物種的相表面上(受體相)遷移的過程稱為溢流。氫氣分子在活性金屬催化劑上會(huì)發(fā)生溢流現(xiàn)象，在加氫催化領(lǐng)域中，氫的溢流作用被廣泛利用到加氫催化劑的設(shè)計(jì)中。于是，我們?cè)O(shè)想，能否將一種具有加氫活性的貴金屬催化劑作為給體相，而多孔金屬有機(jī)化合物作為受體相，氫氣分子作為溢流子，利用氫氣的溢流現(xiàn)象完成氫氣分子從催化劑表面到多孔金屬有機(jī)化合物的遷移，同時(shí)利用具有加氫活性的催化劑在多孔金屬有機(jī)化合物表面的充分分散，從而提高氫氣在材料表面的分散和化學(xué)吸附作用。事實(shí)證明，通過在催化劑與金屬有機(jī)化合物之間構(gòu)造碳橋，有效的促進(jìn)了氫溢流效應(yīng)，從而使得溫和條件下復(fù)合后的多孔金屬有機(jī)化合物材料的儲(chǔ)氫性能較之復(fù)合前有了很大的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種儲(chǔ)氫材料的制備方法，其將氫溢流催化劑與多孔金屬有機(jī)化合物進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合后的材料在溫和條件下具有良好的吸放氫性能，制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，可用作儲(chǔ)氫材料。其是一種可提高多孔金屬有機(jī)化合物溫和條件下吸氫量的儲(chǔ)氫材料改性方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：