一种Al‑BiOCl铝基复合制氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Al‑BiOCl铝基复合制氢材料及其制备方法，所述铝基复合材料由铝粉和BiOCl添加物球磨而制成；所述制备方法包括：在球磨罐中按质量配比为m(Al)：m(BiOCl)=x：1‑x，x=0.5‑0.95的比例加入铝粉和BiOCl，再按球料比为30‑120:1加入磨球，密封；放入球磨机，设定球磨条件，球磨，球磨机转速为100‑250 rpm；球磨时间为1‑10 h；最终取出所制备的铝基复合材料。本发明专利技术制备工艺简便，原料无毒害且成本低，实现了实时制取，携带方便，绿色环保的高效制氢方法，适用于燃料电池供氢等方面应用。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术属于移动氢源制备
，具体涉及到一种Al-BiOCl铝基复合制氢材料及其制备方法。

技术介绍

氢能是一种二次能源，近年来利用铝水制氢的方法引起了广泛关注。但金属铝性能活泼，表面易氧化成膜而阻碍与水的反应，并且铝水反应过程中形成的膜也能阻止继续产氢，为解决这一关键问题，各国学者做了很多研究。Belitskus等人利用强碱溶液中浸入纯铝，能够产生氢气并且展现出显著地高化学活性（MaG-L,DaiH-B,ZhuangD-W,XiaH-J,WangP.Controlledhydrogengenerationbyreactionofaluminum/sodiumhydroxide/sodiumstannatesolidmixturewithwater.InternationalJournalofHydrogenEnergy.2012;37:5811-6.）。Dupiano等人研究了各种氧化物与铝的机械球磨，发现铝水反应分为“诱导期、快反应、慢反应”三个阶段，并且Bi2O3的活化效果最好（DupianoP,StamatisD,DreizinEL.Hydrogenproductionbyreactingwaterwithmechanicallymilledcompositealuminum-metaloxidepowders.InternationalJournalofHydrogenEnergy.2011;36:4781-91.）。Deng等人靠陶瓷烧结的办法进行铝表面改性，改性后的铝粉的水解产氢性能有明显提升（DengZ-Y,TangY-B,ZhuL-L,SakkaY,YeJ.Effectofdifferentmodificationagentsonhydrogen-generationbythereactionofAlwithwater.InternationalJournalofHydrogenEnergy.2010;35:9561-8.）。Wang等人利用气体雾化的方法获得的具有核壳微观结构的Al-Bi-Sn的复合材料，表现出优异的抗氧化能力以及产氢能力（WangC,LiuY,LiuH,YangT,ChenX,YangS,etal.ANovelSelf-AssemblingAl-basedCompositePowderwithHighHydrogenGenerationEfficiency.ScientificReports.2015;5.）。专利（CN10342033336A）“一种Al-NaBiO3水解制氢用复合材料及其制备”介绍了铝粉中掺杂NaBiO3球磨制得的铝基材料，在空气中抗氧化性能良好。本专利技术在氩气保护下，采用行星式高能球磨机进行机械球磨制备铝基复合材料。BiOCl粉末对金属铝具有活化作用，消除了铝表面的惰性层，形成的单质铋有助于提高铝本身的电化学活性。

技术实现思路

本专利技术的目的是提供一种高活性高能量密度、低成本、常温常压下可以快速反应的Al-BiOCl铝基复合制氢材料，缓解了现有的制氢材料反应时间长及不能及时持续放氢的问题。本专利技术是通过高能球磨的方法制备材料，在保证产氢性能的前提下，向铝粉中添加少量的BiOCl，进一步提高了复合材料的反应活性。该铝基复合制氢材料的制备工艺简单，原料无毒害，成本低廉，适用于大规模的工业生产实际应用需要。
实现本专利技术目的的技术方案是：
一种Al-BiOCl铝基复合制氢材料，通过高能机械球磨法，将铝粉和BiOCl添加物球磨而制成，所述铝基复合材料的质量配比m(Al)：m(BiOCl)=x：1-x，（x=0.5-0.95）。
所述的铝为金属铝单质粉末，优选是微米级的铝粉。
所述的BiOCl为无水氯氧化秘粉末。
一种Al-BiOCl铝基复合制氢材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按质量配比为m(Al)：m(BiOCl)=x：1-x，（x=0.5-0.95）的比例分别称取所需的铝粉、BiOCl粉末加入球磨罐中，再按球料比为30-120:1，称取若干颗不锈钢小球加入球磨罐中，在氩气环境下进行密封；
(2)将球磨罐放入RetschPM400行星式球磨机上进行高能球磨，设定球磨条件，球磨；
（3）取出所制备的铝基复合材料，最终得到成分均匀的高活性铝基复合制氢材料。
所述步骤（1）重的加料与密封均在氩气保护条件下的手套箱中进行。
所述球磨条件为转速为100-250rpm；球磨时间为1-10h。
进一步，所述球料比为60:1。
进一步，所述球磨条件为转速250rpm，时间5h。
本专利技术Al-BiOCl铝基复合制氢材料，直接将铝和BiOCl两种粉末球磨，球磨过程中发生反应的方程式如下：
Al+3BiOCl→AlCl3+Bi2O3+Bi
利用原位还原原理将部分BiOCl粉末还原成金属单质Bi，通过球磨过程中小钢球的碰撞与碾压，使低熔点的金属单质Bi负载在铝颗粒表面，水解过程中形成微原电池加速反应，同时生产的原位Bi2O3也促进了铝水反应产氢，球磨过程中反应形成的盐类AlCl3还有效地克服了球磨过程中由于铝材料自身性能导致冷焊、团聚现象发生。球磨过程中的产物三者协同作用，使该种铝基复合材料在水中的反应活性大幅提升。
本专利技术具有如下优点：
（1）工艺程序简便。本专利技术将两种粉末混合球磨即可得到，能与水直接在常温常压下产生氢气的材料。
（2）原料无毒害且价格成本低。金属铝储量丰富，来源广泛，添加物BiOCl为一种绿色环保珠光材料，无毒性且价格低，符合当今工业生产的要求。
（3）放氢高效。该铝基材料的启动时间短、转化率高、放氢速度快等优点，能实现实时放氢的需求。
附图说明
图1为Al-BiOCl铝基复合材料高能球磨后的X射线衍射(XRD)图；
图2为不同质量配比Al-BiOCl铝基复合材料在常温常压下水解反应制氢图。
具体实施方式
下面结合实施例对本
技术实现思路
作进一步的说明，但不是对本专利技术的限定。
实施例1
采用高能机械球磨法，在氩气环境保护下按质量比m(Al)：m(BiOCl)=0.5:0.5分别称取混合粉末共1g，加入到球磨罐中，再按球料比为60:1加入15个小钢球（约60g），对球磨罐进行密封；将球磨罐放入RetschPM400行星式球磨机上进行高能球磨，球磨机转速为250rpm，球磨时间为5h，最终得到成分均匀的高活性铝基复合制氢材料。将球磨后得到的样品进行XRD衍射，实验条件为：衍射束CuKa，功率50KV×200mA，管压40kV，管流40mA，扫描范围分别为10°～90°。衍射数据处理得到的结果如图1所示。
材料采用X射线衍射仪（XRD），分析其衍射图谱，对验证材料成分和分析反应机理十分必要。衍射图谱分析得到，衍射峰除了有Al和BiOCl的峰还新出现了Bi和Bi2O3的峰，球磨前样品只加入是Al粉和BiOCl粉末，说明球磨过程中发生了氧化还原反应：Al+3BiOCl→AlCl3+Bi2O3+Bi。而XRD图谱中没有AlCl3的峰出现，可能因为AlCl3为无定形，所以无法检测。
实施例2
采用高能机械球磨法，所采用原料为粉末、粒径在微米级，选取球料比为60:1，在氩气环境保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al‑BiOCl铝基复合制氢材料，其特征在于，所述铝基复合材料由铝粉和BiOCl添加物球磨而制成，所述铝粉和BiOCl添加物的质量配比m(Al)：m(BiOCl) = x：1‑x，x=0.5‑0.95。

【技术特征摘要】
1.一种Al-BiOCl铝基复合制氢材料，其特征在于，所述铝基复合材料由铝粉和BiOCl添加物球磨而制成，所述铝粉和BiOCl添加物的质量配比m(Al)：m(BiOCl)=x：1-x，x=0.5-0.95。
2.如权利要求1所述的Al-BiOCl铝基复合制氢材料，其特征在于，所述铝粉是微米级的铝粉。
3.如权利要求1所述的Al-BiOCl铝基复合制氢材料，其特征在于，所述BiOCl为无水氧氯化铋。
4.一种Al-BiOCl铝基复合制氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在球磨罐中按质量配比为m(Al)：m(BiOCl)=x：1-x，x=...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐芬，赵冲，孙立贤，张翔飞，邹勇进，褚海亮，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45