[發(fā)明專利]一種鉍基儲(chǔ)氫材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910047339.6
• 申請(qǐng)日: 2009-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101513994A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳立東;孫正亮;劉付勝聰;陳喜紅;趙德剛;熊震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C01B19/04
• 分類號(hào): C01B19/04;H01M4/58
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉍基儲(chǔ)氫材料及其制備方法，更確切地說(shuō)本發(fā)明涉及硒化鉍、碲化鉍層狀化合物、制備及其在儲(chǔ)氫、儲(chǔ)鋰和電極材料上的應(yīng)用。屬于儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為一種無(wú)污染、清潔的可再生能源，氫能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已獲得各國(guó)的廣泛關(guān)注，氫能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用包括四個(gè)環(huán)節(jié)：生產(chǎn)、輸運(yùn)、儲(chǔ)存、使用。其中，儲(chǔ)存技術(shù)是開(kāi)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(lái)許多科研工作者已對(duì)氫的儲(chǔ)存進(jìn)行了大量深入的和廣泛的研究，并正在努力尋找一種經(jīng)濟(jì)、安全而實(shí)用方便的儲(chǔ)氫方式。傳統(tǒng)的金屬(如鈀)及合金(如LaNi₅、Mg₂Ti、FeTi等)儲(chǔ)氫材料是通過(guò)金屬元素與氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成金屬氫化物達(dá)到儲(chǔ)氫目的，其缺陷是儲(chǔ)氫時(shí)條件苛刻，另外在循環(huán)充放氫的過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，因而難以滿足實(shí)際需要。因此新的儲(chǔ)氫材料亟待開(kāi)發(fā)。

Bi₂Se₃、Bi₂Te₃屬于層狀結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，二者均為V-VI族窄禁帶半導(dǎo)體化合物，其中Bi₂Se₃禁帶寬度Eg為0.16eV，Bi₂Te₃禁帶寬度為Eg為0.15eV，有望在光電、熱電和儲(chǔ)氫等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。目前對(duì)于Bi₂Se₃、Bi₂Te₃半導(dǎo)體的研究主要集中在制備各種形貌的Bi₂Se₃、Bi₂Te₃材料，其中包括顆粒狀、纖維狀、帶狀和棒狀等，主要的合成方法有水/溶劑熱法、高溫?zé)峤夥ā⑽⒉ㄝ椛浞?、超聲化學(xué)法和微乳液法等，對(duì)其性能的研究也主要停留在其在熱電領(lǐng)域的應(yīng)用。目前用低溫的濕化學(xué)法制備的Bi₂Se₃、Bi₂Te₃納米結(jié)構(gòu)還鮮有報(bào)道。針對(duì)目前濕化學(xué)法制備的納米結(jié)構(gòu)易團(tuán)聚的問(wèn)題，本方法通過(guò)設(shè)計(jì)前驅(qū)體溶液，在不使用表面活性劑的條件下成功制得尺寸均一、分散性好的納米粉體。同時(shí)針對(duì)該層狀化合物在儲(chǔ)氫和電極材料方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該納米結(jié)構(gòu)鉍基化合物具有優(yōu)越的儲(chǔ)氫性能，從而開(kāi)拓了該材料儲(chǔ)氫、儲(chǔ)鋰和電極材料上方面的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鉍基儲(chǔ)氫材料及其低成本簡(jiǎn)易制備方法。本發(fā)明的特點(diǎn)是：(1)解決了當(dāng)前制備Bi₂Se₃、Bi₂Te₃所存在的難點(diǎn)問(wèn)題，即獲得高純的Bi₂Se₃、Bi₂Te₃納米結(jié)構(gòu)的低溫可控制備；(2)開(kāi)拓了該類層狀化合物在儲(chǔ)氫、儲(chǔ)鋰以及電極材料方面的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的鉍基儲(chǔ)氫材料為納米結(jié)構(gòu)的Bi₂Se₃和Bi₂Te₃，所述的納米結(jié)構(gòu)Bi₂Se₃呈花瓣?duì)?，組裝成直徑為1-6μm的球狀，花瓣的厚度為納米級(jí)，納米結(jié)構(gòu)的Bi₂Te₃呈片狀，直徑為納米級(jí)，相應(yīng)的儲(chǔ)氫性能可達(dá)到100mAh·g-1以上，最大可分別達(dá)185和105mAh·g-1。

本發(fā)明所提供的納米結(jié)構(gòu)的Bi₂Se₃和Bi₂Te₃的濕化學(xué)制備的具體步驟如下：

A.硒化鉍的制備是①以水為溶劑，以溶于硝酸或鹽酸的鉍鹽為鉍源，以水溶性的硒酸鹽或亞硒酸為硒源，加入鉍離子配位劑和還原劑，室溫下攪拌均勻，配制成液相反應(yīng)體系，用氨水控制溶液的PH值，鉍源與硒源的摩爾比為2∶3，鉍源與配位劑的比例為1∶4-1∶20硒源與還原劑的摩爾比為1∶5-1∶15；；②將步驟①攪拌均勻的溶液，在溫度為80℃的水浴中低溫反應(yīng)；③將步驟②低溫反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行分離，然后對(duì)分離后的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌和干燥；得到硒化鉍粉體；