[發明專利]一種磁場下制備鎂基復合儲氫材料的方法

無效

• 申請號: 200810037718.2
• 申請日: 2008-05-20
• 公開（公告）號: CN101279716A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 李謙;周國治;劉靜;林根文
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01B6/24
• 分類號: C01B6/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種磁場下制備鎂基復合儲氫材料的方法，屬于金屬功能材料技術領域。

背景技術

在不遠的將來，能源問題將進一步成為制約世界經濟發展的主要瓶頸。氫能作為一種可再生能源，由于其本身所具有清潔、高效等優點，正逐漸成為能源革命的突破口。氫的儲存是氫能利用的關鍵，為了開發高容量、低成本的儲氫材料，人們對儲氫合金進行了大量研究。其中，鎂基合金因其具備了密度小、儲氫容量高、資源豐富，價格低廉等優勢而備受關注。

但是純鎂的吸放氫條件比較苛刻，與氫氣需要在350℃的高溫下才能反應，放氫動力學也較差，不能作為實際使用的儲氫材料。研究發現，鎂吸氫動力學差的主要原因是氫在氫化物晶粒表面最初形成的一層MgH₂表皮上擴散過緩。而放氫溫度高則主要歸因于鎂氫化物的高穩定性。催化相的添加能提高表面活性、增加擴散通道，改善鎂的氫化動力學，同時通過添加物可降低晶胞體積，使鎂的氫化物的穩定性稍有下降。另一種可以改變氫化物穩定性的方法就是改變其結構。當制備出的儲氫材料具有無定形或納米晶、非晶結構時，材料的吸放氫動力學性能將得到提高。

綜合看來，鎂基合金材料結構的納米化和高催化性能多元系合金的開發是今后的研究方向。進行催化復合摻雜、控制儲氫材料的顯微結構，對于提高材料的儲氫性能以及開發新型復合儲氫材料都具有重要的理論和實際意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種磁場下制備鎂基復合儲氫材料的方法。采用本發明的方法能制備出均勻、高活性的復相儲氫合金材料；本發明方法制備的鎂基復合儲氫合金還具有容量高、氫化動力學性能好等特點。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種磁場下制備鎂基復合儲氫材料的方法，其特征在于該方法具有如下工藝步驟：

1)按照鎂基儲氫合金與催化相的配比稱取各組分，其中催化相的量占總重量的5～15wt.％，在手套箱中利用瑪瑙研缽研磨10～20min使其充分混合；

2)將上述混合物用鎳片包裹后置于不銹鋼坩鍋中并放入高壓反應釜內，反復抽真空3～5次，隨后通入純度≥99.999％的氫氣，壓力達到1.0～5.0MPa后靜置10～30min；

3)將高壓反應釜置于1～12T的穩恒強磁場中，通過一弱磁性材料制成的管式加熱爐對材料進行加熱，升溫速率為3～10℃/min，升溫至350℃后保溫100～300min，隨爐冷至室溫后將材料取出，將其真空包裝后得到鎂基復合儲氫材料。

上述制備鎂基復合儲氫合金的方法中所述的基體為La₂Mg₁₇合金，催化相為Fe₃O₄、Nb₂O₅或Ni粉中的一種。

上述制備鎂基復合儲氫合金的方法中所述的材料氫化復合過程為在5MPa氫氣氣氛和6～12T的穩恒強磁場中，按5℃/min的升溫速率加熱至350℃并保溫180min。

上述制備鎂基復合儲氫合金的方法中所使用的高壓反應釜和管式加熱爐裝置均由弱磁性的不銹鋼材料制成。

本發明方法的原理是：在高壓的氫氣氣氛中，利用強磁場和加熱源提供的能量，使合金、催化相與氫氣發生交互作用，形成氫化物和新的催化相，其中氫化物的形成是一種外場作用下的氣-固無氧燃燒反應，反應產生的熱量又觸發新相的形成，是一種節能高效的制備鎂基儲氫合金的方法。同時，磁場的存在降低了反應溫度，從而避免了合金晶粒在高溫下的長大，起到細化晶粒的作用。

本發明方法與現有技術相比，具有以下優點：

1)磁場通過影響物質中電子的運動狀態而對其傳遞能量，與傳統的熱傳導方式相比，它能更均勻的傳遞能量，從而使復合材料獲得均勻的相分布；

2)穩恒磁場下制備的鎂基復合儲氫材料具有較好的純度和氫化性能，磁場能在一定程度上抑制La(OH)₃的形成，同時促進La形成氫化物；

3)磁場能對儲氫材料制備過程中的化學反應和相變產生強烈的熱力學影響，降低反應溫度，縮短反應時間，不但可以起到細化晶粒的效果，更可達到節能高效的目的；

4)壓力-成份-溫度(PCT)及動力學性能測試表明，本發明方法制備的鎂基復合儲氫材料活化性能優異，儲氫容量大、動力學性能好；

5)除了實施例中列舉的儲氫體系外，該方法還適用于其它鎂系復合儲氫材料的制備。

附圖說明

圖1本發明中實施例1中鎂基復合儲氫材料的XRD圖譜(制備條件為：無外場(下圖譜)；6T磁場(中圖譜)；12T磁場(上圖譜))；