[發明專利]一種室溫儲氫材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911239623.3
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN111003686B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 水江瀾;劉世媛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00;C01B32/90
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 陳磊;張楨

本發明公開了一種新型室溫儲氫材料，表達式為Ti₂CT_x，Ti₂CT_x為二維層狀材料，具有體積分數60％以上的高密度層狀空隙和0.68nm～0.9nm的可調層間距；層間連接有大量氟官能團和含氧官能團；層間留有刻蝕后剩余的1％?15％Al原子。本發明制備的室溫儲氫材料Ti₂CT_x在室溫25℃，50bar(5MPa)的條件下首次儲氫量可達8.44wt％，可循環儲氫量為7.5wt％?？梢栽?5℃，0bar的條件下迅速(5min內)脫除95％以上存儲的氫氣，且脫氫量以及脫氫速率可控。

技術領域

本發明屬于儲氫領域，特別涉及一種室溫儲氫材料及其制備方法。

背景技術

氫是未來人類社會最理想的二次能源，其燃燒性能好，發熱值高，因此得到了國際社會的廣泛關注。氫能的利用涉及制氫、儲氫、用氫等三大技術環節，由于氫在利用時具有分散性和間歇性的特點，氫氣的儲存和運輸是氫能利用的關鍵，其中儲氫是瓶頸技術。儲氫系統要求具有能量密度大、安全性高、充放氫速率快、成本低等特點。目前最常用的儲存方法是使用高壓氣罐，在350至700bar壓力范圍內以壓縮氣體的形式儲存氫氣。但是高壓氣罐存儲的質量儲氫密度較低，同時在實際應用中(如氫能汽車)，過高的壓力具有一定危險性。液體氫雖然具有更高的功率密度，但是高壓和低溫制備液體氫的成本很高。目前最受關注的氫存儲方法是固體材料儲氫，已經有大量研究證明金屬氫化物、多孔碳材料及MOF類、貴金屬及其復合材料等都具有較好的儲氫性能。其中，絕大多數金屬氫化物需要在較高的溫度下進行存儲和釋放氫氣(200-400℃)，而實際中提供高溫裝置會大大增加行駛成本且存在一定的安全隱患；利用物理吸附儲氫的材料，可以在液氮溫度下取得5wt％甚至更多的容量，但是該類材料受低溫工作條件的限制；金屬/金屬間化合物如LaNi₅、FeTi可以在常溫常壓條件下存儲氫氣，但這些材料的質量儲氫密度通常低于2wt％；貴金屬Pd、Pt及其復合材料有較高的儲氫密度，但是貴金屬價格昂貴且存在脫氫動力學較慢的問題。目前已有報導的固體儲氫材料還無法滿足實際應用的需求。

MXene是近年來受到廣泛關注的一種新型的二維層狀材料，是由過渡金屬組成的碳化物或氮化物，這一類材料可以主要通過氫氟酸(HF)解離層狀陶瓷材料MAX相獲得，具有優異的力學、電子、磁學等性能，主要應用于鋰離子電池儲能領域，催化領域，傳感器以及電磁應用如電磁屏蔽等領域。雖然目前相關課題組運用局域密度近似泛函和分子動力學模擬的方法研究了Ti₂C、Sc₂C和V₂C等的儲氫性能，但是到目前為止，MXene儲氫應用的研究僅限于理論預測，還沒有實驗結果報導可以成功制備出具有實際儲氫性能的材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種的固體室溫儲氫材料及其制備，采用化學刻蝕法，將MAX相Ti₂AlC中層狀分布的部分Al原子除去，以得到其中剩余1％～15％Al的具有大量片層空隙的二維層狀MXene材料Ti₂CT_x。