[發明專利]一種硼氫化鈉/氮摻雜石墨烯儲氫復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010046644.X
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111268642B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 張健;方艷
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種硼氫化鈉/氮摻雜石墨烯儲氫復合材料及其制備方法。該儲氫復合材料是以氮摻雜石墨烯NG為添加劑，將其與硼氫化鈉NaBH₄復合而成，其中，NaBH₄與NG的質量比為9:1。其制備方法如下：首先采用水熱法向石墨烯G分散液中分別加入三種不同氮源(三聚氰胺C₃N₃(NH₂)₃+吡咯C₄H₅N；C₃N₃(NH₂)₃；C₄H₅N)，得到三種不同氮摻雜石墨烯NGX(X=1，2，3)，隨后在氬氣氛圍下采用球磨法將NaBH₄分別與三種NGX以9:1的質量比充分混合，從而得到NaBH₄/NGX儲氫復合體系，其中，球磨機轉速為1000r/min，球料比為30:1，球磨時間為2h，每球磨1h，停機15min。該復合材料的起始放氫溫度較同等球磨條件下的純NaBH₄顯著降低，且可快速脫氫。本發明所涉及的制備工藝簡單，原材料來源廣泛，成本低廉，是一種有效改善NaBH₄儲氫性能的方法。

技術領域

本發明涉及儲氫材料領域，具體涉及一種硼氫化鈉/氮摻雜石墨烯儲氫復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著全球能源需求的與日俱增以及環境問題的急劇惡化，對開發利用安全和環保的可再生新能源的研究迫在眉睫。氫能作為一種新型清潔能源，其具有能量密度高，燃燒產物清潔無污染，資源豐富，以及生產和應用形式多樣等特點，被認為是化石燃料最理想的替代能源。氫能的開發利用主要包括氫能的制取、儲存、運輸以及使用等幾個方面的技術問題，盡管在制氫與用氫領域均已實現了一系列的重大突破，儲氫技術的發展成為了制約氫能經濟發展的瓶頸問題。在現有的儲氫技術中，固態儲氫被認為是最安全高效的儲氫技術。而固態儲氫材料中的大部分絡合氫化物(輕質金屬配位氫化物)憑借其極高的儲氫容量和較好的安全性能成為了車載氫氧燃料電池應用中極具發展前景的儲氫材料。與其他絡合氫化物相比，硼氫化鈉(NaBH₄)具有成本低、環境穩定性高、對儲存環境的要求低、毒性低以及釋放的氫氣純度也較高等優點，成為了質子交換膜燃料電池(PEMFC)和硼氫化物燃料電池(DBFC)系統的最有發展前景的潛在儲氫材料。然而，NaBH₄在實際應用中存在著嚴重的吸放氫熱、動力學性能緩慢等應用瓶頸問題。為改善NaBH₄的放氫性能，國內外研究學者開展了大量的改性研究工作并取得了一定的進展。

催化劑摻雜是改善NaBH₄放氫性能的重要手段，并且大量的研究表明石墨烯(G)由于其特殊的單層碳原子結構對NaBH₄的儲氫性能表現出更顯著的改善效果。G不僅可以高效催化NaBH₄放氫反應的進行，而且能夠在球磨過程中抑制NaBH₄顆粒團聚從而促進其均勻分散，進而使得NaBH₄顆粒平均尺寸減小以獲得更好的放氫熱、動力學性能。眾所周知，G的物理、化學及電子性質可通過元素摻雜來實現進一步調控，氧(O)、硼(B)、氮(N)、磷(P)以及硫(S)等非金屬雜原子摻雜的G已備受國內外研究者們的關注。這些非金屬原子主要以取代或與G中碳原子共價結合的方式摻雜于G晶格中，并且氮摻雜石墨烯NG在燃料電池以及儲氫催化等領域都得到了大量的應用。因此，NG的添加不乏是一種改善NaBH₄放氫性能的有效方式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硼氫化鈉/氮摻雜石墨烯儲氫復合材料及其制備方法。本發明首先采用水熱法制備氮摻雜石墨烯NG，然后將其與硼氫化鈉NaBH₄進行機械球磨，從而得到一種新型的具有良好放氫性能的硼氫化鈉/氮摻雜石墨烯儲氫復合材料。

本發明的技術方案如下：