[發(fā)明專利]一種納米鎂基儲(chǔ)氫材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110363698.X
• 申請(qǐng)日: 2011-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN102418018A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱云峰;楊陽;李李泉;衛(wèi)靈君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C23/00
• 分類號(hào): C22C23/00;C22C1/05;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米鎂基儲(chǔ)氫材料及其制備方法，特別涉及一種擁有較好低溫可逆儲(chǔ)氫性能的納米鎂基儲(chǔ)氫材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前工業(yè)能源所排放的污染物二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等使環(huán)境惡化，并且傳統(tǒng)能源煤炭、石油等也日益枯竭，人們迫切需要研究和開發(fā)新型可持續(xù)的清潔能源。氫能是人類未來理想的二次能源，它的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)解決能源危機(jī)和環(huán)境污染意義重大。儲(chǔ)氫技術(shù)作為氫能應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，近年來得到了廣泛的重視。

利用儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫是一項(xiàng)重要的儲(chǔ)氫技術(shù)，儲(chǔ)氫合金具有儲(chǔ)氫密度高、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛研究，主要有稀土系、鋯鈦系、鎂系以及釩系等儲(chǔ)氫合金。鎂系合金由于其密度小、成本低、無污染及儲(chǔ)氫容量高而受到廣泛青睞(MgH₂儲(chǔ)氫量達(dá)到7.6wt.％)，然而其吸放氫動(dòng)力學(xué)性能較差，吸放氫溫度較高，特別是在523-573K溫度下才能放氫抑制了其應(yīng)用開發(fā)。已有研究表明(Ref：SimaAminorroaya?et?al，International?Journal?of?Hydrogen?Energy?35(2010)4144-4153；Ye?Luo?et?al，Scripta?Materialia?56(2007)765-768)，通過在鎂基儲(chǔ)氫材料中添加碳納米管以及催化劑，可以在一定程度上降低產(chǎn)物吸放氫溫度，提高產(chǎn)物吸放氫動(dòng)力學(xué)性能。盡管通過不懈努力，鎂基儲(chǔ)氫合金的吸氫溫度可以降低到373K，但是吸放氫動(dòng)力學(xué)性能仍不夠理想；另外合金需要在473K溫度以上才開始脫氫，脫氫溫度仍然較高。申請(qǐng)?zhí)?00910028197.9的專利申請(qǐng)所提到的產(chǎn)品為本實(shí)驗(yàn)室的階段研究成果，產(chǎn)品在373K溫度下的吸氫量為5.1wt.％，起始放氫溫度降低到423K。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種擁有較好低溫可逆儲(chǔ)氫性能、尤其是起始脫氫溫度進(jìn)一步降低的納米鎂基儲(chǔ)氫材料；本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述納米鎂基儲(chǔ)氫材料的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種納米鎂基儲(chǔ)氫材料，其特征在于其組份以及各組份所占納米鎂基儲(chǔ)氫材料總重量的百分比分別為：鎂為80％-89％，碳載鎳為11％-20％；優(yōu)選鎂為83％-87％，碳載鎳為13％-17％。

優(yōu)選上述的碳載鎳中鎳的含量占碳載鎳總重量的百分比為20％-80％；其中優(yōu)選碳為多壁碳納米管粉末、碳納米纖維粉末或活性炭粉末中的一種。

本發(fā)明還提供了上述納米鎂基儲(chǔ)氫材料的制備方法，其具體步驟如下：

A.將碳粉放入HNO₃中，經(jīng)140-180℃回流4-8小時(shí)，冷卻后用去離子水洗至中性并烘干；

B.將步驟A中烘干得到的碳粉和Ni(NO₃)₂·6H₂O混合，加入到乙醇試劑中超聲混勻后烘干；將烘干后的粉末在350-450℃的氬氣氣氛中煅燒3-5小時(shí)，然后在400-500℃的氫氣氣氛中還原3-5小時(shí)，自然冷卻得到碳載鎳粉末；

C.將占鎂粉和碳載鎳粉末總重量的百分比為80％-89％的鎂粉和步驟B中制備得到的占總重量的百分比為11％-20％碳載鎳粉末混合，加入到丙酮試劑中超聲混勻后烘干，得到鎂/碳載鎳粉末；

D.將步驟C中得到的鎂/碳載鎳粉末進(jìn)行氫化燃燒合成，得到粉末狀的鎂基儲(chǔ)氫材料；

E.通過強(qiáng)力機(jī)械球磨上述鎂基儲(chǔ)氫材料，得到納米鎂基儲(chǔ)氫材料。

優(yōu)選步驟A中回流溫度為150-170℃，回流時(shí)間為5-7小時(shí)。優(yōu)選步驟B中Ni(NO₃)₂·6H₂O的加入量為控制在制得碳載鎳粉末中鎳的含量占碳載鎳總重量的百分比為20％-80％。優(yōu)選步驟B中氬氣氣氛煅燒溫度為380-420℃；氫氣氣氛還原溫度為430-470℃。

優(yōu)選步驟D中采用的氫化燃燒合成工藝參數(shù)為：將混勻后的鎂/碳載鎳粉末置于壓力1-2MPa的氫氣氣氛反應(yīng)器中，升溫到500-600℃保溫0.5-2小時(shí)，然后降溫至300-350℃保溫3-5小時(shí)，最后自然降溫，制備得到鎂基儲(chǔ)氫材料。

優(yōu)選步驟E中使用行星式高能球磨機(jī)對(duì)鎂基儲(chǔ)氫材料進(jìn)行強(qiáng)力機(jī)械球磨，球磨過程處于氫氣或氬氣氣氛保護(hù)下，球磨時(shí)間1-50小時(shí)，轉(zhuǎn)速300-500rpm，球料比10∶1-50∶1。

本發(fā)明也可以將碳粉和鎳粉直接進(jìn)行機(jī)械球磨制備得到碳載鎳粉末。