[發明專利]一種納米氫氧化鎳摻雜的復合儲氫材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710367564.2
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107140601A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 徐芬;吳燚鵬;孫立賢;楊俠;羅玉梅;周密;張晨晨;陸常建
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00;C01G53/04;B82Y30/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 周雯

技術領域

本發明涉及新能源材料的儲氫儲氫材料的技術領域，具體是一種納米氫氧化鎳摻雜的復合儲氫材料及其制備方法。

背景技術

氫能作為一種高效、清潔、可再生的二次能源,為解決能源短缺和環境污染等全球性問題提供了有效途徑和方法。但是,氫能的大規模普及應用還面臨著一系列的問題,主要存在于制氫、儲氫、氫的利用等環節上。而高效、安全的儲氫技術的缺乏是目前面臨的最嚴峻的挑戰,是制約氫能利用的瓶頸。

在目前研究的眾多儲氫材料中，配位金屬氫化物具有最高的理論含氫量，是最具應用潛力的儲氫材料之一。其中，LiBH₄的理論含氫量高達18.4 wt%,引起了國內外研究者的廣泛關注。但LiBH₄的分解焓和熵分別為74 kJ/mol H₂和115 J/(mol.K) H₂，熱力學穩定性高，需要在較高溫度下才能開始放氫反應[P. Mauron, F. Buchter, O. Priedrichs, A. Remhof, M. Bielmann, C. N. Zwichy and A. Ziittel. Stability and Reversibility of LiBH₄. Journal of Physical Chemisty B, 2008, 112,906-910.]，而且LiBH₄在放氫過程中，伴隨著少量B₂H₆的放出，不利于其實際應用。

Pinkerton等人[F. E. Pinkerton, C. P. Meisner, M. S. Meyer, M. P. Balogh and M. D. Kundrat. Hydrogen desorption exceeding ten weight percent from the new quaternary hydride Li₃BN₂H₈.Journal of Physical Chemistry B, 2005, 109: 6-8.]通過將LiBH₄與LiNH₂按照摩爾比1:2進行復合制備出了新型Li-B-N-H體系儲氫材料。當溫度加熱至~350℃時，該Li-B-N-H體系的放氫量約10 wt%，放氫性能與LiBH₄和LiNH₂相比均顯著提高，引起了人們的廣泛關注。大量研究發現，過渡金屬及其化合物的添加可顯著降低LiBH₄-LiNH₂復合體系的放氫溫度。Pinkerton等[F. E. Pinkerton, M. S. Meyer, G. P. Meisner, M. P. Balogh. Improved Hydrogen Release from LiB_0.33N_0.67H_2.67 with Noble Metal Additions. J. Phys. Chem. B, 2006, 110(15): 7967-7974.]將附載了約50 wt%、直徑約2nm的Pt金屬納米顆粒的Vulcan carbon作為催化劑添加到LiBH₄-LiNH₂體系中。結果發現，添加5 wt%催化劑時，體系的起始放氫溫度從250℃低至150℃，放氫結束溫度降低了90℃；在210℃以下體系的總放氫量達到了11.18wt%。隨后，進一步研究發現，添加了5%NiCl₂對Li-B-N-H體系有明顯的改善效果，體系的起始放氫溫度從250℃低至130℃，放氫結束溫度降低了104℃。Graetz等人[J. Graetz, S. Chaudhuri, T. T. Salguero, J. J. Vajo, M. S. Meyer, F E Pinkerton. Local bonding and atomic environments in Ni-catalyzed complex hydrides. Nanotechnology,2009, 20: 204007-(1-8).]研究了Ni催化Li-B-N-H體系的作用機理，結果表明Ni基催化劑在催化Li-B-N-H體系的放氫的過程中以類似Ni₃B的結構存在，而且Ni₃B表面化學吸附H₂的動力學勢壘較小。雖然通過添加過渡金屬基催化劑的方法可顯著提高Li-B-N-H體系的放氫動力學性能，但熱分析測試發現，體系的放氫溫度仍然較高。