具有高放氢速率的MgH₂?M?G混合物体系材料及提高MgH₂放氢速率的方法

具有高放氢速率的MgH₂?M?G混合物体系材料及提高MgH₂放氢速率的方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有高放氢速率的MgH2?M?G混合物体系材料及提高MgH2放氢速率的方法，在微波辐射作用下添加具有吸波和催化双重作用的氧化物类介质来提高MgH2放氢速率的方法。本发明的特点是：采用氧化物M同时作为吸波剂和催化剂，其摩尔百分含量为3?9mol%；G（石墨）作为微波辅热剂，其摩尔百分含量为1?5mol%；采用球磨的方法将MgH2、氧化物M与G在惰性气体的保护下球磨混料后，在微波加热条件下具有比普通加热条件下高2~10倍的MgH2放氢速率。本发明的优点在于利用氧化物M具有的微波吸收和催化双重作用，使其在微波场下具有更好的催化作用，从而显著提高MgH2在微波辐射作用下的放氢速率。
【专利说明】
具有高放氨速率的MgH2-M-G混合物体系材料及提高MgH2放氨 速率的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种储氨材料及其氨释放方法，特别是设及一种Mg基储氨材料及其氨 释放方法，应用于储氨材料制备工艺和应用技术领域。
【背景技术】
[0002] 氨能由于具有燃烧热值高、燃烧的产物清洁、并且资源丰富等优势，受到了越来越 多的重视。在氨能利用的过程中，高效安全的氨储存技术在很大程度上成为制约氨能应用 与发展的瓶颈。目前的储氨技术主要分为固态储氨、液态储氨和气态储氨Ξ种方法。其中， 固态储氨材料具有储氨量大、安全性高等优点，受到了广泛的研究。研究者们探究了多种固 态储氨介质，Mg基储氨材料由于质量轻、容量大、来源广泛等诸多优势成为非常有发展前景 的储氨材料。但其放氨溫度高、放氨动力学差等问题限制了实际使用。研究者使用纳米化、 复合、催化等方法使得Mg基储氨材料的性能得到了很大的改善。但是其放氨溫度远高于燃 料电池的工作溫度。如何提高MgH2在低溫下的放氨速率，成为目前Mg基储氨材料研究的重 点。
[0003] 微波是指频率大约在波长为300 MHz至300 G化范围内的电磁波。微波可改变离子 迁移和偶极子转动情况，但不引起分子结构的改变，属于非离子化的福射能。微波具有独特 的加热方式，它将电磁能量W波的形式福射到介质内部，利用介质的介电损耗内外同时加 热，在极短的时间内使介质分子达到极化状态，加剧分子的运动与碰撞。微波加热具有选择 性加热、加热速度快、加热均匀、热损耗小、热效率高、易于控制和无污染等特点，更为重要 的是，微波加热具有降低化学反应溫度的作用，微波能可W使原子和分子发生高速振动，为 化学反应创造出更为有利的条件。
[0004] Leng等人在Mg也中加入LiB化，发现随着LiB也加入，样品的微波加热性能得到改善 (Journal of Alloys and Compounds, 597，136-141，2014)。该方法中]\%也-^8也体系在微 波福射下的放氨速率显著高于常规加热下的速率。但是，随着LiB也添加量的增多，体系的 放氨速率反而下降，运主要是由于Mg也与LiB化之间发生了 H-H交换，而且LiB也并未起到催 化的作用。zhang等人通过使用一种涂有Μ薄层的蜂巢状陶瓷块体(Ni-HCM)来负载储氨材 料，Ni-HCM作为一个微波吸收载体，把微波能转化为热能，从而使储氨材料迅速的放氨 (International Journal of Hy化ogen 化6巧7,36,7580-7586,2011)。但是该方法未充分 利用吸波物质的催化性能。Mg也的储氨容量大，可逆吸氨性能好，但其微波吸收性能较差。

【发明内容】

[0005] 为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种 具有高放氨速率的Mg也-M-G混合物体系材料及提高Mg也放氨速率的方法，通过在Mg也中加 入氧化物Μ作为吸波剂和催化剂，加入G作为微波辅热剂，采用微波加热，充分发挥微波加热 优势和Ti化的催化与微波吸收性能，从而显著提高Mg也放氨速率。本发明方法简单易行，既 克服了 Mg出导热性能差的问题，提高了加热效率，又促进了 Mg出的放氨动力学性能。
[0006]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案： 一种具有高放氨速率的Mg此-M-G混合物体系材料，W氧化物Μ作为吸波剂和催化剂，W 石墨作为微波辅热剂，向Mg此中加入一定量的氧化物Μ和石墨，形成用于微波福射法放氨的 Mg此-M-G混合物体系材料，在Mg此-M-G混合物体系材料中，氧化物Μ与石墨的含量皆按摩尔 百分比计，其中氧化物Μ的含量为3-9mo 1%，石墨的含量为1 -5mo 1 %，所述Mg此-M-G混合物体 系材料为粉体状的混合物材料，Mg出-M-G混合物体系材料的粉末粒度为100-200目。
[0007]作为本发明优选的技术方案，所述氧化物Μ采用Ti化、Fe3化和V2化中的任意一种氧 化物或任意几种氧化物的混合物。
[000引一种提高Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Mg此-M-G混合物体系材料的制备：W氧化物Μ作为吸波剂和催化剂，W石墨作为微 波辅热剂，按一定的配比称取Mg出粉末、氧化物Μ粉末和石墨粉末作为原料组分，在原料配 料时，氧化物Μ与石墨的含量皆按原料组分摩尔百分比计，其中氧化物Μ的含量为原料中各 种配料组分总摩尔数的3-9mol%，石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的l-5mol%，将各 原料组分材料共同置于球磨机中充分混合，球磨机球料重量比为30:1，球磨机的主动轴转 速为20化/min，副轴转速为40化/min，主副轴转向相反，采用每次球磨lOmin停lOmin的间断 球磨方式，球磨总时间为化，得到粒度均匀的MgH2-M-G混合物体系材料粉体，由于部分原料 组分材料易氧化，原料组分的称量和球磨装样均在非氧化气氛保护下进行;原料组分的称 量和球磨装样均优选在惰性气体气氛保护下进行，并进一步优选在Ar气氛保护下进行;所 述氧化物Μ优选采用Ti化、Fe3化和V2化中的任意一种氧化物或任意几种氧化物的混合物;球 磨均匀后的Mg出-M-G混合物体系材料的粉末粒度为100-200目； b. 微波福射法放氨:将经过所述步骤a中球磨均匀后的Mg此-M-G混合物体系材料粉体 装入密闭放氨装置，在40(T1500W微波功率条件下加热，使Mg此-M-G混合物体系材料粉体快 速升溫至550~600Κ，进行储氨材料的氨释放，Mg出的放氨速率比传统加热方式下的显著提高 了 2.0-10.7倍。在进行储氨材料的氨释放时，优选采用的微波频率为2.45GHz，优选采用的 微波的场型为多模场型。
[0009] 本发明方法的特点及机理如下： 本发明将适量石墨添加到Mg出样品中，使得样品在微波下能够迅速均匀加热至放氨溫 度，充分发挥了微波加热的均匀、快速优势;通过添加适量的具有吸波和催化作用的金属氧 化物，充分发挥了催化剂在微波加热下的催化活性，从而显著提高Mg出的放氨速率。
[0010] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 1. 本发明Mg此升溫速率快，加热效率高，Mg此放氨速率显著提高，与传统的加热方式 相比，放氨速率提高了2.2-10.7倍，其中添加了5mol%Ti〇2与4.2mol% G的放氨材料样品在 传统加热炉中在573K下5min内只有46%的Mg此发生分解，而在相同溫度的本发明微波加热 下Mg出已完全发生分解； 2. 本发明方法使同时具有吸波性和催化性能的金属氧化物在微波加热下发挥了重要 的催化作用，从而显著提高了 Mg出的放氨速率。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明实施例一制备的Mg此-M-G混合物体系材料在微波福射和常规加热作 用下在573K的放氨动力学曲线对比图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明的优选实施例详述如下： 实施例一： 在本实施例中，参见图1，一种提高Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Mg此-Ti〇2-G混合物体系材料的原料配料：W二氧化铁作为吸波剂和催化剂，W石 墨作为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt.%的Mg此粉末Ig，纯度为98 wt.%的二氧化铁 (Ti〇2)粉末0.1 g，纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末0.02 g作为原料组分，即在原料配料时， 二氧化铁与石墨的含量皆按原料组分摩尔百分比计，其中二氧化铁的含量为原料中各种配 料组分总摩尔数的5.Omol%，石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的4.2mol%，为防止原 料组分材料被氧化，原料组分的称量在Ar气手套箱中进行； b. Μ巧2-Ti化-G混合物体系材料粉体的制备：将在步骤a中称量的各原料组分材料同 时共同置于飞驰化Iverisette 4行星式高能球磨机中充分混合，为防止原料组分材料被氧 化，在Ar气手套箱中进行球磨罐装样，所使用的球磨罐容积为80cm3,球磨机球料重量比为 30:1，球磨机的主动轴转速为20化/min，副轴转速为40化/min，主副轴转向相反，采用每次 球磨lOmin停lOmin的间断球磨方式，球磨总时间为祉，得到粒度均匀的Mg此-Ti〇2-G混合物 体系材料粉体； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg此-Ti〇2-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体 加热至30(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0013] 本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可见 在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加热 下放氨速率是常规加热下的2.2倍，参见表1。
[0014] 实施例二： 本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Mg此-Ti〇2-G混合物体系材料的原料配料：W二氧化铁作为吸波剂和催化剂，W石 墨作为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt. %的MgH2粉末、纯度为98 wt. %的二氧化铁 (Ti〇2)粉末和纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末作为原料组分，即在原料配料时，二氧化铁与 石墨的含量皆按原料组分摩尔百分比计，其中二氧化铁的含量为原料中各种配料组分总摩 尔数的5.Omol%，石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的2.Omol%，为防止原料组分材料 被氧化，原料组分的称量在Ar气手套箱中进行； b. 本步骤与实施例一相同； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg此-Ti〇2-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体 加热至32(TC，进行储氨材料的氨释放。
[001引本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg出-Ti02-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可见 在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加热 下放氨速率是常规加热下的2.2倍，参见表1。
[0016] 实施例 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Mg此-Ti〇2-G混合物体系材料的原料配料：W二氧化铁作为吸波剂和催化剂，W石 墨作为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt. %的MgH2粉末、纯度为98 wt. %的二氧化铁 (Ti〇2)粉末和纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末作为原料组分，即在原料配料时，二氧化铁与 石墨的含量皆按原料组分摩尔百分比计，其中二氧化铁的含量为原料中各种配料组分总摩 尔数的9.Omol%，石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的2.Omol%，为防止原料组分材料 被氧化，原料组分的称量在Ar气手套箱中进行； b. 本步骤与实施例一相同； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg此-Ti〇2-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体 加热至32(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0017] 本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可见 在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加热 下放氨速率是常规加热下的5.6倍，参见表1。
[001引实施例四： 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Mg此-Ti02-G混合物体系材料的原料配料：W二氧化铁作为吸波剂和催化剂，W石 墨作为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt. %的MgH2粉末、纯度为98 wt. %的二氧化铁 (Ti02)粉末和纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末作为原料组分，即在原料配料时，二氧化铁与 石墨的含量皆按原料组分摩尔百分比计，其中二氧化铁的含量为原料中各种配料组分总摩 尔数的5.Omol%，石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的5.Omol%，为防止原料组分材料 被氧化，原料组分的称量在Ar气手套箱中进行； b. 本步骤与实施例一相同； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg此-Ti02-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg出-Ti02-G混合物体系材料粉体 加热至28(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0019]本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可见 在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加热 下放氨速率是常规加热下的3.5倍，参见表1。
[0020]实施例五： 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Mg此-Ti〇2-G混合物体系材料的原料配料：W二氧化铁作为吸波剂和催化剂，W石 墨作为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt. %的MgH2粉末、纯度为98 wt. %的二氧化铁 (Ti〇2)粉末和纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末作为原料组分，即在原料配料时，二氧化铁与 石墨的含量皆按原料组分摩尔百分比计，其中二氧化铁的含量为原料中各种配料组分总摩 尔数的3.Omol%，石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的2.Omol%，为防止原料组分材料 被氧化，原料组分的称量在Ar气手套箱中进行； b. 本步骤与实施例一相同； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg此-Ti〇2-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体 加热至32(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0021 ]本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg出-Ti〇2-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可见 在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加热 下放氨速率是常规加热下的2.2倍，参见表1。
[0022]实施例六； 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Μ巧2-Fe3化-G混合物体系材料的原料配料：W化3〇4作为吸波剂和催化剂，W石墨作 为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt.%的Mg出粉末Ig，纯度为98 wt. %的化3化粉末0.1 g， 纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末0.02 g作为原料组分，即在原料配料时，Fg3化与石墨的含量 皆按原料组分摩尔百分比计，其中化3化的含量为原料中各种配料组分总摩尔数的5.Omol%， 石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的3.Omol%，为防止原料组分材料被氧化，原料组分 的称量在Ar气手套箱中进行； b. Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体的制备:将在步骤a中称量的各原料组分材料同 时共同置于飞驰化Iverisette 4行星式高能球磨机中充分混合，为防止原料组分材料被氧 化，在Ar气手套箱中进行球磨罐装样，所使用的球磨罐容积为80cm3,球磨机球料重量比为 30:1，球磨机的主动轴转速为20化/min，副轴转速为40化/min，主副轴转向相反，采用每次 球磨lOmin停lOmin的间断球磨方式，球磨总时间为池，得到粒度均匀的Mg出-Fe3化-G混合物 体系材料粉体； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg出-Fe3〇4-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉 体加热至28(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0023] 本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可 见在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加 热下放氨速率是常规加热下的7.9倍，参见表1。
[0024] 实施例屯： 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Μ巧2-Fe3化-G混合物体系材料的原料配料：W化3〇4作为吸波剂和催化剂，W石墨作 为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt.%的Mg出粉末Ig，纯度为98 wt. %的化3化粉末0.1 g， 纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末0.02 g作为原料组分，即在原料配料时，Fg3化与石墨的含量 皆按原料组分摩尔百分比计，其中化3化的含量为原料中各种配料组分总摩尔数的5.Omol%， 石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的3.Omol%，为防止原料组分材料被氧化，原料组分 的称量在Ar气手套箱中进行； b. Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体的制备:将在步骤a中称量的各原料组分材料同 时共同置于飞驰化Iverisette 4行星式高能球磨机中充分混合，为防止原料组分材料被氧 化，在Ar气手套箱中进行球磨罐装样，所使用的球磨罐容积为80cm3,球磨机球料重量比为 30:1，球磨机的主动轴转速为20化/min，副轴转速为40化/min，主副轴转向相反，采用每次 球磨lOmin停lOmin的间断球磨方式，球磨总时间为池，得到粒度均匀的Mg出-Fe3化-G混合物 体系材料粉体； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg出-Fe3〇4-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉 体加热至30(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0025] 本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可 见在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加 热下放氨速率是常规加热下的10.3倍，参见表1。
[0026] 实施例八： 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Μ巧2-Fe3化-G混合物体系材料的原料配料：W化3〇4作为吸波剂和催化剂，W石墨作 为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt.%的Mg出粉末Ig，纯度为98 wt. %的化3化粉末ο. 1 g， 纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末0.02 g作为原料组分，即在原料配料时，Fg3化与石墨的含量 皆按原料组分摩尔百分比计，其中化3化的含量为原料中各种配料组分总摩尔数的5.Omol%， 石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的3.Omol%，为防止原料组分材料被氧化，原料组分 的称量在Ar气手套箱中进行； b. Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体的制备:将在步骤a中称量的各原料组分材料同 时共同置于飞驰化Iverisette 4行星式高能球磨机中充分混合，为防止原料组分材料被氧 化，在Ar气手套箱中进行球磨罐装样，所使用的球磨罐容积为80cm3,球磨机球料重量比为 30:1，球磨机的主动轴转速为20化/min，副轴转速为40化/min，主副轴转向相反，采用每次 球磨lOmin停lOmin的间断球磨方式，球磨总时间为池，得到粒度均匀的Mg出-Fe3化-G混合物 体系材料粉体； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg出-Fe3〇4-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉 体加热至32(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0027]本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可 见在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加 热下放氨速率是常规加热下的10.7倍，参见表1。
[002引实施例九： 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，一种提局Mg出放氨速率的方法，具有W下的步骤： a. Μ巧2-Fe3化-G混合物体系材料的原料配料：W化304作为吸波剂和催化剂，W石墨作 为微波辅热剂，按配比称取纯度为80wt.%的Mg出粉末Ig，纯度为98 wt. %的化3化粉末0.1 g， 纯度为95 wt.%的石墨(G)粉末0.02 g作为原料组分，即在原料配料时，Fg3化与石墨的含量 皆按原料组分摩尔百分比计，其中化3化的含量为原料中各种配料组分总摩尔数的5.Omol%， 石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的4.Omol%，为防止原料组分材料被氧化，原料组分 的称量在Ar气手套箱中进行； b. Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体的制备:将在步骤a中称量的各原料组分材料同 时共同置于飞驰化Iverisette 4行星式高能球磨机中充分混合，为防止原料组分材料被氧 化，在Ar气手套箱中进行球磨罐装样，所使用的球磨罐容积为80cm3,球磨机球料重量比为 30:1，球磨机的主动轴转速为20化/min，副轴转速为40化/min，主副轴转向相反，采用每次 球磨lOmin停lOmin的间断球磨方式，球磨总时间为池，得到粒度均匀的Mg出-Fe3化-G混合物 体系材料粉体； C.微波福射法放氨:在手套箱内，称取0.3g经过所述步骤b球磨均匀后的Mg出-Fe304-G 混合物体系材料粉体置于刚玉相蜗内，然后转移到微波管式炉中，抽真空后通入纯度>99. 999%的氣气进行保护，开启微波电源，设定功率为800W，将Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉 体加热至32(TC，进行储氨材料的氨释放。
[0029] 本实施例实验测试分析： 采用排水法测得Mg此的放氨速率曲线如图1所示。作为对比，图1还给出了本实施例制 备的Mg此-Fe3化-G混合物体系材料粉体在普通加热炉中加热至573K后的放氨速率曲线，可 见在微波加热下5分钟内样品完全放氨，而在普通加热条件下的放氨量只有46%，即微波加 热下放氨速率是常规加热下的9.8倍，参见表1。
[0030] 表1.本发明上述实施例实验测试分析情况对比表
本发明上述实施例在微波福射作用下添加具有吸波和催化双重作用的氧化物类介质 来提高Mg也放氨速率，本发明上述实施例分别采用氧化物Ti化或Fe3〇4同时作为吸波剂和催 化剂，并采用G(石墨)作为微波辅热剂，采用球磨的方法将Mg也、氧化物与G在惰性气体的保 护下球磨混料后，在微波加热条件下具有比普通加热条件下高2.2~10.7倍的Mg也放氨速 率。本发明上述实施例方法的优点在于利用氧化物具有的微波吸收和催化双重作用，使其 在微波场下具有更好的催化作用，从而显著提高Mg也在微波福射作用下的放氨速率。
[0031] 上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可W 根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下 做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的， 只要不背离本发明具有高放氨速率的Mg也-M-G混合物体系材料及提高％也放氨速率的方法 的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种具有高放氢速率的MgH2-M-G混合物体系材料，其特征在于：以氧化物Μ作为吸波 剂和催化剂，以石墨作为微波辅热剂，向MgH2中加入一定量的氧化物Μ和石墨，形成用于微 波辐射法放氢的MgH 2-M-G混合物体系材料，在MgH2-M-G混合物体系材料中，氧化物Μ与石墨 的含量皆按摩尔百分比计，其中氧化物Μ的含量为3-9mol%，石墨的含量为l-5mol%，所述 MgH2-M-G混合物体系材料为粉体状的混合物材料，所述MgH2-M-G混合物体系材料的粉末粒 度为100-200目。2. 根据权利要求1所述具有高放氢速率的MgH2-M-G混合物体系材料，其特征在于:所述 氧化物Μ采用Ti0 2、Fe3〇4和V2〇5中的任意一种氧化物或任意几种氧化物的混合物。3. -种提高MgH2放氢速率的方法，其特征在于，具有以下的步骤： a. MgH2-M-G混合物体系材料的制备：以氧化物Μ作为吸波剂和催化剂，以石墨作为微波 辅热剂，按一定的配比称取MgH 2粉末、氧化物Μ粉末和石墨粉末作为原料组分，在原料配料 时，氧化物Μ与石墨的含量皆按原料组分摩尔百分比计，其中氧化物Μ的含量为原料中各种 配料组分总摩尔数的3-9mol%，石墨的含量为原料中各种配料总摩尔数的l-5mol%，将各原 料组分材料共同置于球磨机中充分混合，球磨机球料重量比为30:1，球磨机的主动轴转速 为200r/min，副轴转速为400r/min，主副轴转向相反，采用每次球磨lOmin停lOmin的间断球 磨方式，球磨总时间为3h，得到粒度均匀的MgH 2-M-G混合物体系材料粉体，原料组分的称量 和球磨装样均在非氧化气氛保护下进行； b. 微波辐射法放氢:将经过所述步骤a中球磨均匀后的MgH2-M-G混合物体系材料粉体 装入密闭放氢装置，在40(T1500W微波功率条件下加热，使MgH 2-M-G混合物体系材料粉体快 速升温至550-600Κ，进行储氢材料的氢释放。4. 根据权利要求3所述提高MgH2放氢速率的方法，其特征在于:在所述步骤a中，原料组 分的称量和球磨装样均在惰性气体气氛保护下进行。5. 根据权利要求3所述提高MgH2放氢速率的方法，其特征在于:在所述步骤a中，原料组 分的称量和球磨装样均在Ar气氛保护下进行。6. 根据权利要求3~5中任意一项所述提高MgH2放氢速率的方法，其特征在于:在所述步 骤a中，球磨均匀后的MgH 2-M-G混合物体系材料粉体的粉末粒度为100-200目。7. 根据权利要求3~5中任意一项所述提高MgH2放氢速率的方法，其特征在于:在所述步 骤b中，在进行储氢材料的氢释放时，采用的微波频率为2.45GHz，采用的微波的场型为多模 场型。8. 根据权利要求3~5中任意一项所述提高MgH2放氢速率的方法，其特征在于:在所述步 骤a中，所述氧化物Μ采用Ti0 2、Fe3〇4和V205中的任意一种氧化物或任意几种氧化物的混合 物。
【文档编号】C01B6/04GK106082129SQ201610420034
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610420034.5, CN 106082129 A, CN 106082129A, CN 201610420034, CN-A-106082129, CN106082129 A, CN106082129A, CN201610420034, CN201610420034.5
【发明人】李谦, 任俊弛, 冷海燕, 尹杰, 周小龙, 周国治
【申请人】上海大学