一种催化剂掺杂的镁基储氢材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种催化剂掺杂的镁基储氢材料及其制备方法，属于储氢材料及其制备。

背景技术：

1、从体积储氢密度、储氢能耗、安全性等因素考虑，金属系储氢材料储氢是目前公认为最好的储氢方法之一。同时，镁基储氢材料具有成本低廉、可逆性能优异、储氢容量高和元素储量丰富等优点，被认为是最值得研究的且有前途的储氢材料之一。但是镁基储氢材料吸放氢温度较高(300-400℃)，且动力学与热力学性能较差，很难直接满足实际应用的要求。

2、现有通过固相球磨的方法进行催化剂添加，来改进镁基合金性能是较为简单和实用的方式。如chemical engineering journal 458(2023)141337指出，通过掺杂nife@cnt,mgh2-nife@cnt在373k时，吸收4.06wt.％h2；而纯mgh2在423k时，只能吸收0.82wt.％h2。m.iamail用cufe2o4改善mgh2的放氢性能，在320℃时，cufe2o4掺杂的mgh210分钟内放出5.3wt.％h2，同等条件下，纯mgh2只能放出1wt.％的h2(详见international journalofhydrogen energy 44(2019)318-324)。但是在吸放氢过程中，镁基储氢材料容易发生团聚，降低活性位点数目，造成性能的衰减，因此材料的循环稳定性较差。

技术实现思路

1、本发明针对现有镁基储氢材料存在的不足，提供一种催化剂掺杂的镁基储氢材料及其制备方法。

2、本发明的技术方案：

3、本发明的目的之一是提供一种催化剂掺杂的镁基储氢材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、步骤一，将cu(no3)2·h2o溶于去离子水中得到溶液a，h3btc溶于无水乙醇中得到溶液b，将溶液a和溶液b混合后转移至高压釜中，进行水热反应，反应结束后，离心，收集固体经洗涤和真空干燥处理后，在惰性气体保护下进行焙烧处理，得到催化剂；

5、步骤二，将步骤一得到的催化剂和mg85ni10la4.5y0.5混合后进行球磨处理，得到催化剂掺杂的镁基储氢材料。

6、进一步限定，cu(no3)2·h2o和h3btc的质量比为1:(2-2.5)。

7、进一步限定，溶液a中cu(no3)2·h2o和去离子水的质量体积比为(0.84-1.68)g：18ml。

8、更进一步限定，溶液a中cu(no3)2·h2o和去离子水的质量体积比为0.84g：18ml。

9、进一步限定，溶液b中h3btc和无水乙醇的质量体积比为(0.39-0.78)g：18ml。

10、更进一步限定，溶液b中h3btc和无水乙醇的质量体积比为0.39g：18ml。

11、进一步限定，水热反应温度为(120-140)℃，保温时间为(12-18)h。

12、更进一步限定，水热反应温度为120℃，保温时间为12h。

13、进一步限定，水热反应处理的升温速率为5℃/min。

14、进一步限定，使用无水乙醇与水按照体积比为1:1配置的清洗液进行洗涤。

15、进一步限定，真空干燥处理温度为80℃，时间为12h。

16、进一步限定，焙烧处理温度为(350-500)℃，保温时间为(3-5)h。

17、更进一步限定，焙烧处理温度为400℃，保温时间为3h。

18、进一步限定，焙烧处理的升温速率为5℃/min。

19、进一步限定，催化剂与mg85ni10la4.5y0.5的质量比为1-15wt.％。

20、更进一步限定，催化剂与mg85ni10la4.5y0.5的混合在手套箱进行。

21、进一步限定，球磨转速为(300-400)r/min，时间为(3-5)h，球料比为20:1。

22、更进一步限定，球磨转速为350r/min，时间为5h，球料比为20:1。

23、进一步限定，球磨过程使用的小球是直径为3-15mm的钢球。

24、本发明的目的之二是提供一种上述制备方法得到的催化剂掺杂的镁基储氢材料，该材料在较低温度下表现出了良好的放氢性能。

25、有益效果：

26、(1)本发明首先通过h3btc和cu(no3)2·3h2o反应制备得到具有特殊形貌结构的催化剂，利用催化剂的多孔结构避免吸放氢过程中活性材料的团聚，同时引入的金属可以作为催化位点，改善储镁基储氢材料mg85ni10la4.5y0.5的吸放氢动力学，降低其放氢活化能。对于掺杂催化剂的镁基储氢材料mg85ni10la4.5y0.5的储氢性能进行表征，结果显示催化剂掺杂量为10wt.％时，该材料在260℃，5mpa时，360s内吸氢量达到5.4819wt.％；在220℃时，360s内吸氢量达到5.0742wt.％。同时该材料具有较好的放氢性能，300℃时，360s内放氢量达到5.5692wt.％。此外，该材料循环稳定性好，在10次循环后，吸氢量能稳定在98.8％，放氢量稳定在98.1％。

27、(2)本发明提供的催化剂制备方法简单，原料易得且价格低廉，应用方式简单，易于操作，更适用于工业化应用。

技术特征：

1.一种催化剂掺杂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，cu(no3)2·h2o和h3btc的质量比为1:(2-2.5)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，溶液a中cu(no3)2·h2o和去离子水的质量体积比为(0.84-1.68)g：18ml。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，溶液b中h3btc和无水乙醇的质量体积比为(0.39-0.78)g：18ml。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水热反应温度为(120-140)℃，保温时间为(12-18)h。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，水热反应温度为120℃，时间为12h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，焙烧处理温度为(350-500)℃，保温时间为(3-5)h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，催化剂与mg85ni10la4.5y0.5的质量比为1-15wt.％。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，球磨转速为(300-400)r/min，时间为(3-5)h，球料比为20:1。

10.一种权利要求1～9任一项所述的制备方法得到的催化剂掺杂的镁基储氢材料。

技术总结
本发明公开了一种催化剂掺杂的镁基储氢材料及其制备方法，属于储氢材料及其制备技术领域。本发明改善了现有镁基储氢材料吸放氢动力学，降低其放氢活化能，并解决了其循环稳定性较差的问题。本发明以Cu(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·H<subgt;2</subgt;O和H<subgt;3</subgt;BTC原料制备具有多孔结构的催化剂，并通过球磨技术将其掺杂在镁基储氢材料中，利用催化剂的多孔结构避免吸放氢过程中活性材料的团聚，同时引入的金属可以作为催化位点，改善储镁基储氢材料Mg<subgt;85</subgt;Ni<subgt;10</subgt;La<subgt;4.5</subgt;Y<subgt;0.5</subgt;的吸放氢动力学，降低其放氢活化能。

技术研发人员：熊亮,高秉阳,韩直亚,张振华,杨凯,程勇,尹东明,刘雨菲,王春丽,马兆伟,王立民
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11