[發明專利]一種制備納米限域鎂基儲氫材料的方法

無效

• 申請號: 201510034371.6
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104649229A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 吳成章;何大亮;周建芳;王宇龍;丁偉中
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01B6/04
• 分類號: C01B6/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明通過介孔骨架材料將儲氫材料限域在納米孔道中，屬于清潔能源材料技術領域。

背景技術

能源短缺和環境污染成為當今世界面臨的最嚴重問題，清潔能源和可再生能源的開發迫在眉睫。尤其是近年來“霧霾”對人們生活的影響和生命安全的威脅已日益加重，由此可見，尋找新的清潔能源無論對整個世界還是對我國的可持續發展都有著特別重要的意義。氫是一種理想的低污染或零污染的清潔能源，氫燃料汽車的發展雖困難重重，但作為長期目標來看終將是解決城市大氣污染的最重要途徑之一。美國能源部(DOE)新修訂的儲氫標準為：到2017年，儲氫系統的質量儲氫密度為5.5wt.%，體積儲氫密度達到40g/L。目前所研究的金屬氫化物、碳材料、介孔材料、復合氫化物及化學氫化物等多種儲氫體系均無法滿足車載氫源的要求。現實問題是:?含氫量較高的儲氫體系吸放氫溫度高且吸放氫動力學差，而放氫溫度較低且動力學吸放氫速率較高的材料儲氫容量又較低。另外，一些化學氫化物的含氫量雖然較高，放氫溫度也較低，但大多化學氫化物放氫產物不可逆或部分可逆吸氫，并且由于釋氫純度和放氫動力學問題也難以滿足要求。金屬鎂（Mg）由于其較高的理論儲氫容量（7.6?wt.%）和儲放氫反應簡單可控而備受關注。然而，由于氫化鎂（MgH₂）在1個大氣壓下放氫溫度接近573K(ΔH=75kJ?mol^-1?H₂)，而且動力學吸放氫速率極其緩慢，故其距滿足車載氫源的要求尚有很大距離。

目前提高Mg吸放氫性能的方法主要有摻雜催化法和納米晶化，然而這兩種方法很大程度上提高了Mg的吸放氫動力學速率，甚至實現了Mg在室溫下吸氫，但都沒有改變其放氫熱力學，也就是說放氫溫度仍然維持在523K以上。研究表明，當MgH₂團簇尺寸降低到10nm以下時，MgH₂的放氫熱力學會得到很大的改善。為解決這一問題，我們采用介孔骨架材料“納米限域”MgH₂來抑制顆粒的燒結和團聚。一方面可以獲得比球磨法更細小的顆粒，另外一方面又可使反應物之間保持良好的接觸。通過高壓反應法，制得的納米限域MgH₂大大的改善了Mg的吸放氫動力學、尤其是放氫熱力學，實現了Mg在室溫下就可以放氫。

發明內容

本發明針對Mg吸放氫速率慢、放氫溫度高，提出了一種高效制備納米限域鎂基儲氫材料的方法，該儲氫材料為MgH₂顆粒負載在介孔骨架材料納米孔道中，制備工藝簡單、原料成本低、反應條件容易控制，由于“納米限域”很好的抑制了MgH₂團簇的燒結和長大，以及Mg與不飽和C之間的相互作用，使得Mg的吸放氫動力徐和放氫熱力學得到了很大的改善。

本發明的技術方案：

????一種高效制備納米限域鎂基儲氫材料的方法，所述的儲氫材料為介孔骨架材料負載MgH₂顆粒，制備步驟如下：

(1)在433~523K下真空干燥介孔骨架材料,除去在納米孔道中的氣態雜質和濕氣，干燥6~12h；

(2)?將步驟(1)所述的干燥后的介孔骨架材料置于高壓反應釜,取一定量的二丁基鎂與介孔骨架材料混合（其中，負載的鎂與介孔骨架材料的質量比為20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20、90:10）；將高壓反應釜用H₂低壓洗氣6~10次，使得高壓反應釜中的Ar全部置換為H₂；在高壓反應釜中調節H₂壓力至4MPa開始升溫并攪拌，攪拌速度為400~600rmp/min；當溫度升到443~473K后，調壓至5~6MPa，反應24h；

(3)將步驟(2)所述制備后的樣品冷卻、減壓，在手套箱中將懸浮的液體移去，得到嵌入介孔骨架材料中的MgH₂凝膠；取一定量的戊烷與凝膠溶解并電磁攪拌3~6h，洗去負載在介孔孔道外的MgH₂，待凝膠沉淀后，移去戊烷；重復此過程；

(4)將步驟(3)洗滌完的介孔骨架材料凝膠在353~373K下真空干燥6h即可得到負載在介孔骨架材料納米孔道中的MgH₂。

所述的一種高效制備納米限域鎂基儲氫材料的方法，其特征在于，被限域的MgH₂的尺寸分布在1~2nm之間。