专利名称：刺状Sb<sub>2</sub>Se<sub>3</sub> 半导体储氢材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体储氢材料及其制备方法。
背景技术：
当前，能源和环境问题是世界范围内面临的两大难题，煤、石油、天然气等传统能源面临日益减少的枯竭之势，而同时使用这些能源带来的环境问题也日趋严重。因此开发无污染、可再生能源势在必行。氢能作为唯一无污染可再生的能源，无疑是继石油、煤和天然气等非再生能源以后新一代被广泛采用的能源。阻碍氢能的大规模使用的关键问题是氢能的储存和运输。目前，液氢储存的成本高、安全性较差，金属氢化物储氢时得到的储氢量有限，储氢质量密度太低。限制了其应用范围。为了开发高效的储氢材料，众多国家和研究者进行着不懈的努力。1991年，日本 NEC公司的电镜专家在制备C60时偶然发现了碳纳米管，由于其具有较低的密度和较高的比表面积等特点引起了研究者的广泛关注。1992年，Hamada N.发现这种材料具有优异的电化学储氢性能从而掀起了碳纳米管储氢研究的热潮，且取得了重要的进展。目前制备碳纳米管方法很多，如电弧法，激光蒸发法和气相沉积法等，但这些方法对设备要求严格，能耗量较大，且产物需要纯化。诸多缺点也阻碍了其实用化的进程。因此寻求新型高效、制备方法简单的储氢材料将是储氢发展走向实用化的必然趋势。
发明内容
发明是要解决现有的碳纳米管电化学储氢材料对设备要求严格、能耗量较大且产物需要纯化的技术问题，而提供刺状Sb2Se3半导体储氢材料及其制备方法。本发明的刺状Sb2Se3半导体储氢材料是由K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性剂、乙二醇、水和质量百分含量为85%的水合肼采用溶剂热合成法制成的刺状的Sb2Se3 ； 其中 K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 9 3. I，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为I : O. 5 11，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为 Ig 145 150mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为 Ig : 70 75mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig : 10 15mL。其中的表面活性剂为柠檬酸或葡萄糖；本发明的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法按以下步骤进行一、按 K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 9 3. I、K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20与表面活性剂的质量比为I O. 5 11、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为Ig 145 150mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与水的质量体积比为Ig : 70 75mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig : 10 15mL的比例称取K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性剂、乙二醇、水和质量百分含量为 85%的水合肼并混合均匀，得到混合溶液；二、将步骤一得到的混合溶液转移至反应釜中，密封后放入烘箱中，在温度为160 190°C的条件下反应16 20小时；三、将反应釜取出后经冷却到室温，将得到的固态产物用无水乙醇洗涤，然后在温度为50 70°C的烘箱中干燥10 16h，得到刺状Sb2Se3半导体储氢材料。本发明的刺状Sb2Se3半导体储氢材料是由像刺猬形状的三维纳米带组成的，这些纳米带是由许多长度为5um、直径为150nm的纳米棒组成。本发明刺状Sb2Se3半导体储氢材料方法的原料价格低、装置简易，且操作简单，能耗量低。所制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料，比表面积为4. 3 4. 5m2. g 1J电化学储氢性能较好,放电容量为203. 3 210mA h g'纯度高达99% 100%，不需要纯化处理。可应用于多种电池的电极材料中。
图I是试验一制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的X射线衍射图谱；图2是试验一制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的低倍扫描电子显微镜图；图3是试验一制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的高倍扫描电子显微镜图；图4是试验一制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材的充放电曲线图，其中a为充电的曲线，b为放电曲线。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的刺状Sb2Se3半导体储氢材料是由K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性剂、乙二醇、水和质量百分含量为85%的水合肼采用溶剂热合成法制成的刺状的Sb2Se3 ;其中K(SbO)C4H4O6 ·0· 5H20与Na2SeO3的摩尔比为2 2. 9
3.1，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为 I : O. 5 11，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与乙二醇的质量体积比为Ig 145 150mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与水的质量体积比为 Ig 70- 75mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为 Ig ； 10 15mL0本实施方式的刺状Sb2Se3半导体储氢材料是由像刺猬形状的三维纳米带组成的， 这些纳米带是由许多长度为5um、直径为150nm的纳米棒组成。本发明刺状Sb2Se3半导体储氢材料方法的原料价格低、装置简易，且操作简单。所制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料， 比表面积为4. 3 4. 5m2. g_\电化学储氢性能较好，放电容量为203. 3 210mA hg'，纯度高达99% 100%，不需要纯化处理。可应用于多种电池的电极材料中。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是表面活性剂为朽1檬酸或葡萄糖。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 95 3. 05，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为I : I 10，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为 Ig 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig 11 14mL。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20与Na2SeO3的摩尔比为2 3，K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20与表面活性剂的质量比为I 5，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与乙二醇的质量体积比为 Ig 148mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为Ig 73mL，K(SbO) C4H4O6*O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig 13mL。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
五本实施方式的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法按以下步骤进行一、按 K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 9 3. I、K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20与表面活性剂的质量比为I O. 5 11、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为Ig 145 150mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与水的质量体积比为Ig : 70 75mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig : 10 15mL的比例称取K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性剂、乙二醇、水和质量百分含量为 85%的水合肼并混合均匀，得到混合溶液；二、将步骤一得到的混合溶液转移至反应釜中，密封后放入烘箱中，在温度为 160 190°C的条件下反应16 20小时；三、将反应釜取出后经冷却到室温，将得到的固态产物用无水乙醇洗涤，然后在温度为50 70°C的烘箱中干燥10 16h，得到刺状Sb2Se3半导体储氢材料。本实施方式制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料是由像刺猬形状的三维纳米带组成的，这些纳米带是由许多长度为5um、直径为150nm的纳米棒组成。本发明刺状Sb2Se3半导体储氢材料方法的原料价格低、装置简易，且操作简单。所制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料，比表面积为4. 3 4. 5m2. g_\电化学储氢性能较好，放电容量为203. 3 210mAh g_S 纯度高达99% 100%，不需要纯化处理。可应用于多种电池的电极材料中。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 95 3. 05，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为I : I 10，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为 Ig 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig 11 14mL。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20与Na2SeO3的摩尔比为2 3，K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20与表面活性剂的质量比为 I 5，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与乙二醇的质量体积比为 Ig 148mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为Ig 73mL，K(SbO) C4H4O6*O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig : 13mL。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
五至七之一不同的是步骤一中的表面活性剂柠檬酸或葡萄糖。其它与具体实施方式
五至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
五至七之一不同的是步骤二中的温度为165 185°C、反应时间为17 19小时。其它与具体实施方式
五至七之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
五至七之一不同的是步骤三中的干燥温度为55 65°C、干燥时间为12 15h。其它与具体实施方式
五至七之一相同。用以下试验验证本发明的有益效果试验一本试验的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法按以下步骤进行
一、称取O. 135g K (SbO) C4H4O6 ·0· 5Η20、0· 086g Na2Se03、0. 6g柠檬酸、20mL 乙二醇、 IOmL水和2mL质量百分含量为85%的水合肼并混合均匀，得到混合溶液；二、将步骤一得到的混合溶液转移至反应釜中，密封后放入烘箱中，在温度为 180°C的条件下反应18小时；三、将反应釜取出后经冷却到室温，将得到的固态产物用无水乙醇洗涤，然后在温度为60°C的烘箱中干燥12h，得到刺状Sb2Se3半导体储氢材料。本试验得到的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的X射线衍射图谱如图I所示，从图I 可以看出，本试验制备的刺状Sb2Se3晶体为纯相。本试验得到的刺状Sb2Se3半导体储氢材料低倍率的扫描电镜照片如图2所示，从图2可以看出，刺状Sb2Se3半导体储氢材料是由像刺猬形状的三维纳米带组成的，这些纳米带是由许多长度约为5um、直径约为150nm的纳米棒组成。本试验得到的刺状Sb2Se3半导体储氢材料高倍率的扫描电镜照片如图3所示，从图3可以看出，刺状Sb2Se3半导体储氢材料中纳米棒长度是150nm直径是5um。将本试验制备的刺状Sb2Se3半导体储氢材料在压力为20Mpa的条件下压到泡沫镍薄片上作为阳极，阳极的长为12臟，厚度为1臟，以Ni (0H)2/Ni00H作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，脱N2处理的6M的KOH溶液作为电解质溶液,在Land battery system (CT2001A) 上用三电极体系测试刺状Sb2Se3半导体储氢材料的放电容量，测试时保持电解质溶液的温度为25°C，工作电极在50mA g—1电流密度下充电4h，间歇5s后在相同电流密度下放电得到的充放电曲线图如图4所示，其中a为充电的曲线，b为放电曲线，从图4可以看出，该样品放电容量高达203. 3mAh g—1，显示了该样品潜在的卓越储氢能力。
权利要求
1.刺状Sb2Se3半导体储氢材料，其特征在于刺状Sb2Se3半导体储氢材料是由K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性剂、乙二醇、水和质量百分含量为85%的水合肼采用溶剂热合成法制成的刺状的Sb2Se3 ;其中K(SbO)C4H4O6 ·0· 5H20与Na2SeO3的摩尔比为2 2. 9 3.1，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为 I : O. 5 11，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与乙二醇的质量体积比为Ig 145 150mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与水的质量体积比为 Ig 70- 75mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为 Ig : 10 15mL。
2.根据权利要求I所述的刺状Sb2Se3半导体储氢材料，其特征在于表面活性剂为柠檬酸或葡萄糖。
3.根据权利要求I或2所述的刺状5132363半导体储氢材料，其特征在于K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 95 3. 05，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为I : I 10，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为 Ig 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig 11 14mL。
4.制备如权利要求I所述的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的方法，其特征在于刺状 Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法按以下步骤进行一、按K (SbO) C4H4O6 ·0. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 9 3. UK(SbO) C4H4O6 ·0. 5H20 与表面活性剂的质量比为I : O. 5 11、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为 Ig 145 150mL、K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为 Ig : 70 75mL、K(SbO) C4H4O6 ·0. 5Η20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig : 10 15mL的比例称取K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20、Na2Se03、表面活性剂、乙二醇、水和质量百分含量为85%的水合肼并混合均匀，得到混合溶液；二、将步骤一得到的混合溶液转移至反应釜中，密封后放入烘箱中，在温度为160 190°C的条件下反应16 20小时；三、将反应釜取出后经冷却到室温，将得到的固态产物用无水乙醇洗涤，然后在温度为 50 70°C的烘箱中干燥10 16h，得到刺状Sb2Se3半导体储氢材料。
5.根据权利要求4所述的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法，其特征在于步骤一中 K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 2. 95 3. 05，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为I : I 10，K(SbO)C4H4O6^O. 5H20与乙二醇的质量体积比为 Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 与水的质量体积比为 Ig : 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20与质量百分含量为85%的水合肼的质量体积比为Ig : 11 14mL。
6.根据权利要求4所述的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法，其特征在于步骤一中 K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 与 Na2SeO3 的摩尔比为 2 3，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 与表面活性剂的质量比为I 5，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与乙二醇的质量体积比为Ig 148mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20与水的质量体积比为Ig 73mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20与质量百分含量为 85%的水合肼的质量体积比为Ig 13mL。
7.根据权利要求4、5或6所述的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法，其特征在于步骤一中的表面活性剂柠檬酸或葡萄糖。
8.根据权利要求4、5或6所述的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法，其特征在于步骤二中的温度为165 185°C、反应时间为17 19小时。
9.根据权利要求4、5或6所述的刺状Sb2Se3半导体储氢材料的制备方法，其特征在于步骤三中的干燥温度为55 65°C、干燥时间为12 15h。
全文摘要
刺状Sb2Se3半导体储氢材料及其制备方法，本发明涉及一种半导体储氢材料及其制备方法。本发明是要解决现有的碳纳米管电化学储氢材料对设备要求严格、能耗量大且产物需要纯化的技术问题。刺状Sb2Se3半导体储氢材料由K(SbO)C4H4O6·0.5H2O、Na2SeO3、表面活性剂、乙二醇、水和水合肼用溶剂热合成法制成。方法将K(SbO)C4H4O6·0.5H2O、Na2SeO3、表面活性剂、乙二醇、水和水合肼并混合后，进行水热反应，再过滤、洗涤、干燥即得。该材料比表面积4.3～4.5m2.g-1，放电容量203.3～210mA·h·g-1，纯度99％～100％，可用作电极材料。
文档编号C01B19/04GK102583271SQ20121001940
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月21日 优先权日2012年1月21日
发明者孙帅, 邓明达, 邹贤, 金仁成, 闫春爽, 陈刚 申请人:哈尔滨工业大学