一种分散-催化MgH2储氢粉体的方法与流程

本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种分散-催化mgh2储氢粉体的方法。

背景技术：

随着人类社会的发展，人们对能源的需求日益增大。传统化石燃料具有不可再生特性、且燃烧产物会污染环境。因此，急需寻求新的清洁可再生能源。氢能因其含量丰富，能够利用太阳能、风能、潮汐能和生物质能等分解水来制取，是一种可再生的二次新能源，且其燃烧产物清洁无污染。显然，合理开发并利用氢能源对解决当今世界面临的能源短缺、环境污染等问题具有重要意义。

氢能的开发与应用主要涵盖三大关键环节：氢的制取、氢的储存、氢的应用。目前，氢能源在氢燃料汽车、氢燃料电池和二次碱性电池等领域中具有很大的应用前景。然而，在氢气的储氢方面受到了制约。目前，主要的储氢方式为高温气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。其中，在固态储氢方式中，氢化镁(mgh2)材料因具有高储氢密度(7.6wt％)、价廉、资源丰富、可靠性高等优点，被认为是极具发展潜力的固态储氢材料之一。然而，mgh2放氢温度偏高、放氢速率缓慢等问题限制了它的应用。为改善mgh2的放氢性能，国内外学者开展了大量的改性研究并取得了阶段性进展。

研究表明，通过催化剂掺杂改性是改善mgh2放氢性能的有效手段之一。目前，研究人员使用的催化剂大多数是过渡族金属、金属氧化物、金属间化合物、金属卤化物和碳素材料等。大量研究结果表明，这些催化剂的掺杂可显著降低mgh2的放氢温度、提高其反应速率。但由于mgh2及催化剂在吸放氢循环过程中容易聚集或团聚，从而使其吸放氢循环稳定性较差。因此，寻找一种可分散细化mgh2且对mgh2具有一定催化效果的分散-催化添加剂，是改善mgh2综合储氢性能的关键。

海泡石属于一种斜方晶系链层状水镁硅酸盐或镁铝硅酸盐矿物，其理论结构式为si12mg8o30(oh)4(h2o)4·8h2o。晶体结构包含2层硅氧四面体，中间1层为镁氧八面体，形成2∶1的层状结构。特殊的多孔结构使海泡石具有强离子交换能力和大比表面积，使其拥有较好的吸附性能和催化性能，以及成为催化剂载体的良好条件；同时，海泡石含量丰富，价格成本低。因此，引入海泡石不乏是一种可分散细化mgh2、且催化其放氢的有效方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于发现一种分散-催化mgh2储氢粉体的方法。该方法主要是将mgh2与海泡石进行高能球磨，从而得到一种新的分散细化且具有较低放氢温度的mgh2/海泡石储氢复合体系。

本发明的mgh2/海泡石储氢复合材料是以一定质量百分比的海泡石作为分散-催化添加剂，并将其与mgh2高能球磨复合而成。

所述的mgh2/海泡石储氢复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在真空或氩气气氛条件下的手套箱中，将海泡石与mgh2按质量比为10:100～30:100的比例混合，放入球磨罐中密封；

(2)然后将球磨罐中的混合物在高能振动球磨机上进行球磨；

(3)球磨机转速为800～1000r/min，球料比为30:1～50:1，球磨时间为2～4h；

(4)为防止长时间球磨过程中罐体温升过高导致样品烧结，每球磨0.5～1h，球磨机便停歇15～30min。

步骤(3)所述的球磨机转速为1000r/min，球料比为30:1，球磨时间为2h。

本发明与现有技术相比较具有以下优点：

(1)利用海泡石的多孔结构和催化性能有效分散-催化mgh2储氢粉体。当球磨时间为2h，球磨机转速为1000r/min，球料比为30:1时，mgh2/10wt％海泡石储氢复合体系中的mgh2的晶粒和颗粒尺寸比纯mgh2球磨体系更细小均匀，团聚现象减弱，且其放氢温度降低；

(2)本发明使用的原材料属于商业化产品，含量丰富，容易获得,且价格便宜；

(3)制备工艺和设备简单，操作方便，能源消耗少，制备成本低，在制备超细、低放氢温度mgh2储氢粉体方面具有理想的应用前景。

附图说明

图1为本发明获得的纯mgh2(a)，mgh2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的xrd图谱。

图2为本发明获得的纯mgh2(a)，mgh2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的sem照片。

图3为本发明获得的纯mgh2(a)，mgh2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的tem照片。

图4为本发明获得的纯mgh2(a)，mgh2/10wt％海泡石储氢复合材料(b)的dsc曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例1对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明实施例利用添加一定质量百分比的海泡石来分散-催化mgh2储氢粉体，改善mgh2的放氢性能。所用材料包括mgh2和海泡石。本发明主要按照以下步骤实现：

实施例1

(1)向充分干燥的纯度为98wt％的mgh2粉末中加入10wt％充分干燥的纯度为97wt％的海泡石粉末，将上述混合粉末与30g直径为10mm的不锈钢钢球一同加入球磨罐中；

(2)以1000r/min的转速对(1)中的混合粉末机械球磨2h，球磨周期为2次，每个周期球磨时间为1h，完成一个周期后停机冷却15min。球磨之后得到mgh2/10wt％海泡石储氢复合材料；

(3)为便于比较，采用相同工艺制备纯mgh2球磨体系，对上述两种材料进行x射线衍射(xrd)、扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)、差示扫描量热分析(dsc)表征和对比。

上述过程中制备的样品为mgh2/10wt％海泡石储氢复合材料。如图1所示，球磨2h后，纯mgh2(见图1(a))和mgh2/10wt％海泡石体系(见图1(b))的主要成分大致相近，均以α-mgh2为主相，并含有少量的γ-mgh2。相比于球磨后的纯mgh2，mgh2/10wt％海泡石体系α-mgh2特征峰强度有所降低，这表明mgh2晶粒尺寸有减小。同时，值得注意的是，衍射图谱中没有新的物相生成，说明球磨时mgh2与海泡石两者间只存在简单的机械混合，而没有发生化学反应。如图2所示，球磨2h后，纯mgh2(见图2(a))与mgh2/10wt％海泡石(见图2(b))体系均为尺寸大小及形貌不规则的颗粒。从图2(a)可知，纯mgh2经球磨后的颗粒尺寸主要集中于0.1-2um区段，且存在较严重的团聚现象；掺杂10wt％海泡石后，如图2(b)所示，出现了大量被细化的小颗粒，分散更加均匀，说明纯mgh2大颗粒被细化了，且颗粒团聚现象呈现出降低的趋势。如图3所示，球磨2h后，mgh2/10wt％海泡石体系(见图3(b))较纯mgh2体系(见图3(a))的颗粒更加细小，分散更均匀，团聚现象有所降低。如图4所示，球磨2h后，mgh2/10wt％海泡石体系(见图4(b))较纯mgh2体系(见图4(a))的初始放氢温度降低了10℃左右，说明海泡石的掺杂对mgh2有一定的催化作用，能够适当降低放氢温度，改善放氢性能。由此可见，采用本工艺制备的mgh2/海泡石储氢复合材料可以有效利用海泡石的多孔结构和催化性能，分散-催化mgh2储氢粉体，降低其放氢温度，从而改善其综合储氢性能。