[發明專利]一種用于制備金屬配位氫化物納米棒的球磨罐

有效

• 申請號: 201310335963.2
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN103406178A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 劉永鋒;龐越鵬;潘洪革;高明霞
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B02C17/10
• 分類號: B02C17/10;B02C17/18
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及納米材料的制備，具體涉及一種用于制備金屬配位氫化物納米棒的球磨罐。

背景技術

溫室氣體的排放以及不可再生能源的消耗是人類面臨的兩大難題，氫能是有望解決這些難題的備選方案之一。氫能的利用是基于氫氣和氧氣之間的化學反應，由于該化學反應只產生能量和水，因此絕對潔凈，無污染。目前，阻礙氫能在移動領域（如氫燃料汽車，手提電腦和手機）大規模應用的最大挑戰是儲氫技術。

在過去幾十年中，人們開發出了四種儲氫方法，即液態氫儲存、壓縮氫儲存、低溫吸附氫儲存和氫化物固態氫儲存。其中，液態氫儲存和壓縮氫儲存由于其容器通常非常昂貴和笨重，主要使用在大型設備或是固定場所。用于固態氫儲存的氫化物一般分為兩類，即金屬氫化物和金屬配位氫化物。

對于金屬氫化物，如LaNi₅H₆和MgH₂，已經進行了大量的研究。在常溫下，1摩爾的LaNi₅可以在室溫和較高的氫壓下吸收6摩爾的氫原子，并可以在較低的氫壓下把氫放出來，但其重量儲氫容量偏低，僅有不到1.5wt%，不能滿足實用化的要求。盡管MgH₂能夠儲存超過7wt%的氫氣，但其操作溫度很高，放氫需要高于300℃，吸放氫動力學很差，也不能滿足實際應用的要求。

最近的研究發現，通過納米化可以顯著改善氫化物的儲氫性能。但是，因為氫化物易于分解且具有極高的化學活性（較易與水、氧氣反應），目前的納米化方法很難適用于納米氫化物的直接制備，尤其是具有特殊形貌的納米氫化物。例如，金屬配位氫化物，由于其易于分解且具有極高的化學活性（較易與水、氧氣反應），目前尚無50nm以下不含雜質的金屬配位氫化物納米材料的制備方法。

機械球磨是一種常用的材料制備技術，在球磨過程中會在局部產生極高的壓強和溫度，在物理上可以起到研磨破碎的作用，在化學上可以導致亞穩相的生成[Suryanarayana?C.Mechanical?alloying?and?milling.Prog?Mater?Sci2001;46:1-184]。目前使用的球磨罐在材料上有不銹鋼、陶瓷、聚合物等，在結構上以圓筒狀為主，在功能上除了常規球磨，還可以通過加裝閥門和密封裝置實現高低壓氣氛球磨。

現有技術中已經出現了利用機械球磨制備儲氫材料的方法，但是，所采用的球磨罐均為常規的球磨罐，制備出的儲氫材料不具有特殊的形貌結構。

發明內容

本發明提供了一種用于制備金屬配位氫化物納米棒的球磨罐，對現有技術中的球磨罐進行了改進，使制備得到的金屬氫化物具有納米級的棒狀結構。

一種用于制備金屬配位氫化物納米棒的球磨罐，包括相互配合的罐體和罐蓋，所述罐體內部設有過濾器，所述過濾器內設有用于生長金屬配位氫化物納米棒的收集腔，該收集腔通過過濾通道與罐體內部空間相連通。

利用本發明提供的球磨罐制備金屬配位氫化物納米棒的方法，包括以下步驟：

（1）將金屬配位氫化物與有機溶劑混合后干燥，得到一維配位聚合物；

（2）將步驟（1）中得到的一維配位聚合物放入球磨罐中進行機械球磨，在機械球磨的過程中，氣化的一維配位聚合物通過過濾通道后在收集腔中沉積，得到配位聚合物的納米棒；而球磨罐中的固體顆粒（包括磨球和固態的一維配位聚合物）則被過濾通道阻擋，無法進入收集腔中；

（3）將步驟（2）中收集腔內得到的配位聚合物的納米棒中的有機配體除去，得到金屬配位氫化物納米棒。采用加熱或者抽真空的方式，將有機配體除去，得到純度高的配位聚合物的納米棒。

步驟（1）中金屬配位氫化物與有機溶劑混合后，金屬配位氫化物線性生長成為鏈狀，以鏈狀的金屬配位氫化物為骨架，有機溶劑與金屬配位氫化物中的金屬形成配位鍵，形成保護。鏈狀的金屬配位氫化物以及包裹在鏈狀的金屬配位氫化物外圍并與之形成配位鍵的有機溶劑（即有機配體），合稱為一維配位聚合物。

有機溶劑通常選擇包含醚鍵的溶劑，醚鍵中的氧原子具有未共用的電子對，容易與具有空軌道的金屬形成配位鍵，對鏈狀的一維金屬配位氫化物形成保護，所述有機溶劑為甲乙醚、甲丙醚、乙醚、乙丙醚、甲基叔丁基醚、四氫呋喃、環氧己烷。

金屬配位氫化物與有機溶劑混合后，攪拌一定的時間，使金屬配位氫化物以及有機溶劑充分混合均勻，并形成穩定的配位鍵，通常情況下，攪拌時間不少于40min。