[發明專利]一種室溫吸氫的鎂基儲氫材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910305063.0
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110155940B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 劉永鋒;王軻;潘洪革;高明霞
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00;B01J31/12;B01J27/24
• 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

本發明公開了一種室溫吸氫的鎂基儲氫材料及其制備方法，該制備方法包括：在惰性氣體或氫氣氣氛下，將MgH₂與N摻雜的鈮氧化物基催化劑進行球磨，得到室溫吸氫的鎂基儲氫材料；所述MgH₂與N摻雜的鈮氧化物基催化劑的質量比為10～150:1；N元素與Nb元素的摩爾比為0.005～0.15:1。本發明將N元素引入到鈮氧化物基催化劑中，再與MgH₂進行球磨，得到的鎂基儲氫材料與不摻雜N的鈮氧化物基催化劑相比，具有更優異的催化活性，可以進一步提高鎂基儲氫材料的吸放氫性能，顯著降低吸放氫溫度，使其在室溫下就能夠完全氫化；此外，鎂基儲氫材料還保持了較快的吸放氫速度、循環穩定性高，且儲氫容量保持在6.0wt％以上。

技術領域

本發明涉及儲氫材料領域，具體涉及一種室溫吸氫的鎂基儲氫材料及其制備方法。

背景技術

隨著科技的發展與人類社會的進步，傳統的化石燃料難以滿足人類對于能源不斷增加的需求，開發氫能為載體的新型能源體系已成為實現人類社會可持續發展的關鍵。尤其是隨著燃料電池技術的發展，氫作為車載能源的技術越來越重視，而氫的儲存技術正是制約其實際應用的瓶頸。

金屬氫化物儲氫是一種安全、高效、經濟的儲氫方式，通過氫氣與儲氫金屬之間進行的可逆反應，實現了氫的儲存和釋放。在眾多儲氫材料中，MgH₂以其7.6wt％的氫氣容量而備受關注，同時，因其良好的可逆性、天然豐度、低成本和環境友好性，成為了最具發展前景的儲氫介質之一。然而，MgH₂的焓變(ΔH:75kJ/mol-H₂)和反應能壘(ΔE:161kJ/mol)較高，導致其脫加氫溫度過高、動力學性能較差，這在很大程度上限制了其在車載儲氫上的實際應用。

添加催化劑是最有效的改善MgH₂吸放氫性能的方法。目前，主要通過球磨法來向MgH₂中引入催化劑，添加的催化劑包括過渡金屬，稀土金屬和它們的化合物等，甚至碳基材料也已經被用于MgH₂的改善。

Nb基材料是較為常用的催化劑，其中Nb₂O₅的效果最為顯著，Barkhordarian等人(G.Barkhordarian,T.Klassen,R.Bormann,Fast hydrogen sorption kinetics ofnanocrystalline Mg using Nb₂O₅as catalyst,Scr.Mater.,2003,49,213–217.)最先將0.2mol％Nb₂O₅添加到MgH₂中，發現該體系能在300℃下快速吸放氫。

之后，Hanada等人(N.Hanada,T.Ichikawa,H.Fujii,Remarkable improvement ofhydrogen sorption kinetics in magnesium catalyzed with Nb₂O₅,J.Alloys Compd.,2006,446,67-71.)通過混合MgH₂與1mol％的Nb₂O₅，實現了在150℃下的5wt％吸氫量。

然而，盡管添加Nb₂O₅后MgH₂的性能有所改善，氫的完全的解吸與吸收仍需要在250℃的高溫下完成，這對鎂基儲氫材料的實際應用相當不利。因此，進一步開發更高效的催化劑，降低鎂基儲氫材料的吸放氫溫度，具有重要的實際應用意義。

發明內容

本發明提供了一種室溫吸氫的鎂基儲氫材料及其制備方法，該方法制備的儲氫材料不僅吸放氫溫度顯著降低，并保持了較快的吸放氫速度，而且材料的循環穩定性高，儲氫容量保持在6.0wt％以上。