[發明專利]一種碳負載的高熵合金復合鎂基儲氫材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111438027.5
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN113912006A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 王一菁;劉亞菲;郭雨桑;黃一可;邵化旭
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00;C01B6/04
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 張耀

本發明公開了一種碳負載的高熵合金復合鎂基儲氫材料及其制備方法，屬于儲氫材料技術領域。該儲氫材料以MgH2作為主要放氫相，復合碳負載的高熵合金納米材料構建高動力學性能的鎂基復合儲氫材料。與現有技術相比，本發明提供了一種碳負載的高熵合金復合鎂基儲氫材料及其制備方法，在球磨過程中，復合了碳負載的高熵合金納米材料作為添加劑，引入了活性催化作用，顯著降低了鎂基材料的放氫溫度，提高了鎂基材料的放氫速率，改善了鎂基材料吸放氫過程中的循環穩定性，添加劑中各元素的協同催化作用大幅提高了MgH2實用性和使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種碳負載的高熵合金復合鎂基儲氫材料及其制備方法，屬于儲氫材料技術領域。

背景技術

全球變暖和能源危機已經成為當今世界的關鍵問題，開發清潔、可持續發展的新能源成為一種迫切需求。氫能被認為是目前最有前途的能源載體之一，具有資源豐富、環境友好等特點。實現安全高效的儲氫是氫能實際應用中的重要環節，固態儲氫相比其他儲氫方式不僅能夠大幅提高體積儲氫密度，還可提高儲運氫的安全性。

氫化鎂具有儲氫容量高、循環性能好、成本低等優點，是一種極具潛力的固態儲氫材料。然而，由于其熱力學性能穩定，吸放氫動力學速度緩慢，導致其需要較高的工作溫度，限制了在實際生產中的廣泛應用。目前對氫化鎂進行改性的手段主要有合金化、納米化、摻雜催化劑及與其他氫化物復合等，其中，摻雜復合是提高鎂基儲氫材料性能最快捷高效且實用性強的方法之一，它可以有效降低儲氫體系的吸放氫反應能壘，顯著增強儲氫材料的吸放氫動力學。因此，研究開發一種摻雜劑復合鎂基儲氫材料的復合體系對改善儲氫性能具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題，提供一種基于球磨技術的、碳負載的高熵合金納米材料催化劑復合鎂基儲氫材料及制備方法，該材料以MgH₂作為主要放氫相，包含的催化劑為碳負載的高熵合金納米材料。旨在通過元素間的協同催化作用構建高動力學性能的鎂基復合儲氫材料。

本發明技術方案：

本發明基于球磨技術，提供一種碳負載的高熵合金復合鎂基儲氫材料及其制備方法，其具體步驟如下：

1)制備預球磨MgH₂儲氫材料：將MgH₂在氫氣氣氛下用行星式機械球磨機預球磨20h。所述球磨過程中的球料比為22.5:1，球磨速度為450rpm/min。

2)制備碳負載的高熵合金納米材料：將五種金屬硝酸鹽和檸檬酸按比例分散于去離子水和無水乙醇混合溶劑中，利用氨水將溶液PH值調整至6～7，形成的溶膠在95℃下干燥24h以上，形成干凝膠。在氫氬或氮氣保護性氣氛中，以特定溫度煅燒形成的干凝膠1小時，得到碳負載的高熵合金納米材料。所述金屬硝酸鹽分別包括Co、Cr、Fe、Ni、Mn五種金屬硝酸鹽和Co、Cr、Fe、Ni、Mg五種金屬硝酸鹽；所述金屬硝酸鹽和檸檬酸的比例為1:1～2:1，所述煅燒溫度為400℃～600℃。

3)將步驟1制得的MgH₂與步驟2制得的碳負載的高熵合金納米材料均勻混合，在氫氣氣氛下用行星式機械球磨機球磨4h，得到碳負載的高熵合金復合鎂基儲氫材料。所述球磨過程中的球料比為60:1，球磨速度為450rpm/min；所述碳負載的高熵合金納米材料的質量占復合材料總質量的5-20％。

本發明的技術效果：

與現有技術相比，本發明提供了一種碳負載的高熵合金復合鎂基儲氫材料及其制備方法，在球磨過程中，復合了碳負載的高熵合金納米材料作為添加劑，引入了活性催化作用，顯著降低了鎂基材料的放氫溫度，提高了鎂基材料的放氫速率，改善了鎂基材料吸放氫過程中的循環穩定性，添加劑中各元素的協同催化作用大幅提高了MgH₂實用性和使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的預球磨的MgH₂的SEM圖。