一种纳米镁基可逆储氢复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米镁基可逆储氢复合材料及其制备方法，由重量百分比80％～95％的镁铝合金Mg17Al12和5％～20％的碳负载过渡金属催化剂制成，碳负载过渡金属催化剂由基体材料碳和过渡金属组成，基体材料碳为石墨粉、石墨纤维、活性炭、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种，过渡金属为Fe、Co、Ni、Nb中的一种。制备方法包括：将镁铝合金Mg17Al12和碳负载过渡金属催化剂进行均匀混合，在惰性气氛中经球磨后即可得到。本发明专利技术镁基可逆储氢复合材料，有效储氢温度低和良好的吸放氢动力学性能等优点，可用于氢气的提纯和储运，特别可作为中低温燃料电池的氢源合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属储氢材料领域，具体涉及一种纳米镁基可逆储氢复合材料及其制备方法。
技术介绍
氢是自然界中最普遍存在的元素，取之不尽、用之不竭；同时具有优良的能源转化性能，可以灵活高效地转化为其他形式的能量。氢能的开发利用可有效缓解化石能源短缺和环境污染问题。利用金属氢化物储氢是一种安全且具有非常高比容积储氢密度的途径，在二次能源领域具有不可替代的作用，特别是在燃料电池应用中具有举足轻重的地位。许多金属、金属间化合物或合金都能在一定的温度和氢压下与氢气发生氢化反应而生成二元、三元和多元金属氢化物。其中，Mg基储氢材料由于其具有较高的质量储氢密度(Mg的质量储氢密度为7.6wt％)和相对低廉的成本而被认为是极具发展潜力的储氢材料。但其实际吸放氢操作温度过高(>400℃)，反应动力学性能较差。目前对镁基储氢材料可逆吸放氢性能的改性方法主要有催化掺杂、纳米改性、复合改性等《RecentAdvancesinHydrogenStorageinMetal–ContainingInorganicNanostructuresandRelatedMaterials,Adv.Mater.,2004,16,765-777；Synthesisofcolloidalmagnesium:anearroomtemperaturestoreforhydrogen,Chem.Mater.,2007,20,376-378.》。在镁基储氢材料中，Mg17Al12-H的理论储氢量为4.4wt.％，比Mg2NiH4的储氢量高(3.6wt.％)，且Mg17Al12-H体系的放氢分解温度比MgH2和Mg2NiH4低《HydridingbehaviorofMg–AlandleachedMg–Alcompoundspreparedbyhigh-energyball-milling,J.AlloysComp.,2000,297:282-293》。进一步研究表明，Mg17Al12合金的吸放氢动力学性能较为缓慢，而Ni添加剂可有效改善合金的吸氢速率《EffectsofNiadditiononhydrogenstoragepropertiesofMg17Al12alloy,Mater.Chem.&Phys.,2011,126:319-324》；然而，该Mg17Al12-Ni样品需在300℃以上才能有效吸氢，其在350℃时的吸氢量只有3.5wt％，仍无法满足实际应用的需求。申请公布号为CN104709873A(申请号为201510109564.3)的中国专利技术专利申请公开了一种新型Mg-Li-Al-Ti储氢材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将LiH和LiAlH4按1～3：1的摩尔比放入球磨罐，在惰性气体的保护下进行机械混合，球磨时间为5～10小时，转速为150～300rpm，球料比为200：1，制得Li3AlH6；(2)将MgH2与Li3AlH6以摩尔比为(2～5)：1的比例放入球磨罐，再将x％Al/AlCl3+y％Ti/TiF3(5<x<20、5<y<15)的混合物放入球磨罐中，球料比为100～300：1，在惰性气体的保护下球磨1～6h，转速为50～300rpm，制得Mg-Li-Al-Ti储氢材料。该方法通过原位生成催化剂Al3Ti，高效催化MgH2储氢材料进行可逆放氢。该技术方案不仅保持了MgH2的高容量储氢性能，而且原位生成的催化剂能明显改善MgH2储氢材料的动力学性能，同时明显降低了其可逆吸氢条件。该Mg-Li-Al-Ti储氢材料的组成为：MgH2、Li3AlH6、Al/AlCl3和Ti/TiF3。但是该Mg-Li-Al-Ti储氢材料吸放氢温度仍然偏高，并且其质量储氢密度也需要进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米镁基可逆储氢复合材料，其主要解决镁基储氢材料放氢温度过高、吸放氢动力性较差的问题。一种纳米镁基可逆储氢复合材料，由重量百分比80％～95％的镁铝合金Mg17Al12和5％～20％的碳负载过渡金属催化剂(TMC)制成，所述的碳负载过渡金属催化剂由基体材料碳(C)和过渡金属(TM)组成，所述的基体材料碳(C)为石墨粉、石墨纤维、活性炭、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种，所述的过渡金属(TM)为Fe、Co、Ni、Nb中的一种。作为优选，纳米镁基可逆储氢复合材料，由重量百分比90％～95％的镁铝合金Mg17Al12和5％～10％的碳负载过渡金属催化剂(TMC)制成，上述镁铝合金的化学通式为Mg17Al12，为纳米镁铝合金，其晶粒尺寸为10～60nm；而碳负载过渡金属催化剂中的过渡金属TM为Fe、Co、Ni和Nb金属元素中的任一种，碳负载基体材料C为石墨粉、石墨纤维、活性炭、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的任一种。所述的过渡金属(TM)分布在基体材料碳(C)上，负载量为10％～60％，即所述的碳负载过渡金属催化剂(TMC)中过渡金属(TM)的重量百分数为10％～60％，进一步优选为20％～50％。本专利技术的另一个目的是提供一种纳米镁基可逆储氢复合材料的制备方法。一种纳米镁基可逆储氢复合材料的制备方法，包括以下步骤：将镁铝合金Mg17Al12和碳负载过渡金属催化剂(TMC)进行均匀混合，在惰性气氛中经球磨后得到纳米镁基可逆储氢复合材料。所述的惰性气氛为氩气。所述的球磨在球磨机的球磨罐中进行，对球磨罐密封后进行抽真空至10-3bar，随后充入0.1MPa的氩气，形成惰性气氛。所述的球磨的条件为：球磨时间30～80h，球料比为20～40:1，球磨转速为300～450rpm。所述的镁铝合金Mg17Al12的制备包括：在惰性气体的保护下将Mg粉和Al粉按照Mg17Al12化学通式的摩尔比均匀混合后，得到镁铝合金Mg17Al12。所述的Mg粉和Al粉的粉末粒径均为50～180μm，进一步优选，所述的Mg粉和Al粉的粉末粒径均为74～154μm。所述的惰性气体为氩气。所述的碳负载过渡金属催化剂(TMC)的制备包括：a)将过渡金属硝酸盐TM(NO3)x(TM＝Nb,Fe,Co,Ni)化合物与柠檬酸溶解在水中，保持溶液pH值在3～6，然后在上述溶液中逐步加入基体材料碳并继续搅拌和超声振荡，得到混合溶液；b)将混合溶液进行第一次真空干燥，取出固态粉末利用氮气氢气混合气在350℃～400℃进行还原处理；最后进行第二次真空干燥即可得到碳负载过渡金属催化剂(TMC)。步骤b)中，第一次真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米镁基可逆储氢复合材料，其特征在于，由重量百分比80％～95％的镁铝合金Mg17Al12和5％～20％的碳负载过渡金属催化剂制成，所述的碳负载过渡金属催化剂由基体材料碳和过渡金属组成，所述的基体材料碳为石墨粉、石墨纤维、活性炭、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种，所述的过渡金属为Fe、Co、Ni、Nb中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种纳米镁基可逆储氢复合材料，其特征在于，由重量百分比
80％～95％的镁铝合金Mg17Al12和5％～20％的碳负载过渡金属催化剂制成，所
述的碳负载过渡金属催化剂由基体材料碳和过渡金属组成，所述的基体材料
碳为石墨粉、石墨纤维、活性炭、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种，
所述的过渡金属为Fe、Co、Ni、Nb中的一种。
2.根据权利要求1所述的纳米镁基可逆储氢复合材料，其特征在于，
所述的镁铝合金Mg17Al12的晶粒尺寸为10～60nm。
3.根据权利要求1所述的纳米镁基可逆储氢复合材料，其特征在于，
所述的过渡金属分布在基体材料碳上，所述的碳负载过渡金属催化剂中过渡
金属的重量百分数为10％～60％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的纳米镁基可逆储氢复合材料的制备
方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镁铝合金Mg17Al12和碳负载过渡金属催化剂进行均匀混合，在惰性气
氛中经球磨后得到纳米镁基可逆储氢复合材料。
5.根据权利要求4所述的纳米镁基可逆储氢复合材料的制备方法，其
特征在于，所述的球磨的条件为：球磨时间30～80h，球料比为20～40:1，
球磨转速为300～450rpm。
6.根据权利要求4所述的纳米镁基可逆储氢复合材料的制备方法，其
特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立新，翁成才，肖学章，李露，李寿权，葛红卫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33