镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法，该方法是在惰性气体保护下将镁粉、碳纳米管和蒽置于反应容器中，加入四氢呋喃并在反应温度下电磁搅拌，然后经过常压蒸馏和热分解后得到镁复合碳纳米管储氢材料。本发明专利技术制备储氢材料的条件温和，设备简单，容易操作，且具有节能、省时的优越性。合成的镁复合碳纳米管储氢材料活性高，不需活化，在气固相反应中表现出良好的吸、放氢特性。

【技术实现步骤摘要】
镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法
本专利技术涉及一种镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法。属贮氢能源材料

技术介绍
氢是一种高能量密度、高效的清洁能源，是最有吸引力的能源形式之一。利用储氢材料贮运氢气，结构紧凑、安全可靠，不仅没有爆炸的危险，而且可提供高纯度的氢气。由于镁基储氢材料储氢量大、重量轻、资源丰富、价格便宜，在氢的规模储运方面具有较大的优势，因此被认为是最有希望的燃料电池、燃氢汽车等用氢源之一。制备方法不同会使镁系储氢合金的性能产生很大差异。以前常用的制备方法是采用高温熔炼法，烧结合成法、燃烧合成法、固相扩散法、气相沉积合成法、化学合成法、急冷非晶化法、机械合金化法、高能球磨法、蒽镁分解法等。采用这些方法得到的镁基储氢材料不同程度地存在工作温度过高，循环稳定性差或难于活化等缺点。近年来采用添加元素或采用动力学性能较好的储氢材料与镁复合来改善镁基合金的性能。镁与非金属C或Si形成的镁基复合储氢材料的制备方法引起人们的注意，例如，利用多壁碳纳米管和镁混合球磨得到的化合物具有较好的吸放氢性能，但球磨容易破坏碳纳米管的结构。与其他制备镁复合储氢材料方法相比，本专利技术方法制备的镁复合碳纳米管储氢材料具有节能、省时的优越性，合成的镁复合碳纳米管储氢材料活性高，不需活化，在气固相反应中表现出良好的吸、放氢特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法。本专利技术的另一目的是提供一种具有优良储放氢性能的镁复合碳纳米管储氢材料。采用本专利技术的方法可以合成镁复合碳纳米系列储氢材料，制备的样品活性高，不需活化，在气固相反应中表现出良好的吸、放氢特性。本专利技术制备材料的条件温和，设备简单方便，容易操作。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法，该方法的特征在于具有以下工艺步骤：a.在惰性气体保护下，按照镁粉∶碳纳米管∶蒽＝1∶x∶y的配比，其中-->0.01≤x≤0.8，1≤y≤10，置于反应容器中，加入适量的经无水无氧处理的四氢呋喃，在反应温度为0～60℃，电磁搅拌0.5～5小时，得到碳纳米管复合的蒽镁溶液；b.在惰性气体保护下，将碳纳米管复合的蒽镁溶液常压蒸馏得到稠状物；c.将上述稠状物在90～180℃下进行真空或惰性气体保护下热分解0.5～5小时，蒽升华后得到分离的固体粉末材料即为镁复合碳纳米管储氢材料，最后将所得的材料真空密封包装。本专利技术的方法是在蒽镁分解法基础上添加碳纳米管，由于蒽镁分解法制备的活性单质镁容易氧化，而且吸氢温度较高(180℃)，于是采用添加非金属元素方法，将活性单质镁和碳纳米管复合制备成镁复合碳纳米管储氢材料。采用这样复合方法制备镁基储氢材料，很好地避免了活性单质镁容易氧化以及高能球磨法容易破坏碳纳米管结构，所带来的产品性能难以控制等问题。而常规方法很难合成出纳米活性镁与碳纳米管设计成分相一致的储氢材料。采用本专利技术方法制备的镁复合碳纳米管储氢材料，该储氢材料的化学组分为镁∶CNTs＝1∶x，其中，CNTs为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，0.01≤x≤0.8。采用本专利技术的方法所制备的镁复合碳纳米管储氢材料达到国际能源机构确定的未来新型储氢材料的标准，为镁基储氢合金在燃料电池和燃氢汽车等方面的应用打下基础。本专利技术的优点是：采用本专利技术的方法制成的镁复合碳纳米管储氢材料具有储氢量大(5.0～7.1wt％H)，不需活化，吸放氢速度快，性能稳定等优点，可望用于氢的回收、提纯、精制；氢的储存和运输；余热或废热的回收利用；储热系统、热泵或空调、制冷；氢燃料汽车、电动汽车、氢能发电系统；充电电池与燃料电池等。附图说明图1为镁复合碳纳米管储氢材料的吸氢的压力组成等温(PCT)曲线。图2为镁复合碳纳米管储氢材料(Mg加5wt％CNTs)的吸氢动力学曲线。图3为镁复合碳纳米管储氢材料的XRD谱图。图4为镁复合碳纳米管储氢材料的TEM谱图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例一在惰性气体保护下，将普通镁粉、碳纳米管和蒽(碳纳米管可以是单壁碳纳米管-->或多壁碳纳米管)按镁∶碳纳米管∶蒽＝1∶0.05∶8的配比，置于反应容器中，加入适量的经无水无氧处理的四氢呋喃(THF)，反应温度20℃、电磁搅拌1小时。之后，经常压蒸馏得到稠状物。该稠状物在100℃下进行真空热分解1小时，蒽升华后分离，得到的固体粉末材料即为镁复合碳纳米管储氢材料，最后将所得的材料真空密封包装。将镁复合碳纳米管储氢材料进行X-射线衍射、扫描电子显微镜、透射电镜、储氢容量和吸氢速率的测定。XRD图谱(图3)鉴别分析表明，出现了新的物相衍射峰，形成了镁复合碳纳米管结构，扫描电子显微镜和透射电镜(图4)显示镁复合碳纳米管储氢材料颗粒尺寸约为30～500nm。PCT结果显示镁复合碳纳米管储氢材料在300℃，4MPa氢气下储氢容量为7.5wt％H(如图1所示)，在100℃也可以吸氢达到4.3wt％H。吸氢温度100～300℃之间，600秒内材料在6.0MPa的条件下，吸氢达到3.7～6.8wt％H(图2)，该图为镁复合碳纳米管储氢材料(Mg加5wt％CNTs)在不同温度下的吸氢速率曲线。实施例二在惰性气体保护下，将普通镁粉、碳纳米管和蒽(碳纳米管可以是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)按镁∶碳纳米管∶蒽＝1∶0.1∶7的配比，置于反应容器中，加入适量的经无水无氧处理的四氢呋喃(THF)，反应温度60℃、惰性气体保护下，电磁搅拌2小时。之后，经常压蒸馏得到稠状物。该稠状物在160℃下进行惰性气体保护下热分解4小时，蒽升华后得到分离的固体粉末材料即为镁复合碳纳米管储氢材料，最后将所得的材料真空密封包装。PCT结果显示镁复合碳纳米管储氢材料在300℃，2MPa氢气下储氢容量为7.1wt％H，在100℃吸氢量达到4.0wt％H。吸氢温度100～300℃之间，600秒内材料在6.0MPa的条件下，可以吸氢达到3.5～6.5wt％H。实施例三在氩气保护下，将镁粉、碳纳米管和蒽(碳纳米管可以是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)按镁∶碳纳米管∶蒽＝1∶0.4∶9的配比，置于反应容器中，加入适量的经无水无氧处理的四氢呋喃(THF)，反应温度40℃、氩气保护下，电磁搅拌5小时。之后，经常压蒸馏得到稠状物。该稠状物在150℃下进行真空热分解2小时，分离升华的蒽，最后将所得的固体粉末材料真空密封包装。PCT结果显示镁复合碳纳米管储氢材料在300℃，2MPa氢气下储氢容量为7.5wt％H，在100℃吸氢量达到4.4wt％H。吸氢温度100～300℃之间，600秒内材料在6.0MPa的条件下，可以吸氢达到3.5～6.8wt％H。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法，该方法的特征在于具有以下工艺步骤：ｉ．在惰性气体保护下，按照镁粉∶碳纳米管∶蒽＝１∶ｘ∶ｙ的配比，其中０．０１≤ｘ≤０．８，１≤ｙ≤１０，置于反应容器中，加入适量的经无水无氧处理的四氢呋喃，在反 应温度为０～６０℃，电磁搅拌０．５～５小时，得到碳纳米管复合的蒽镁溶液；ｉｉ．在惰性气体保护下，将碳纳米管复合的蒽镁溶液常压蒸馏得到稠状物；ｉｉｉ．将上述稠状物在９０～１８０℃下进行真空或惰性气体保护下热分解０．５～５小时， 蒽升华后得到分离的固体粉末材料即为镁复合碳纳米管储氢材料，最后将所得的材料真空密封包装。

【技术特征摘要】
1.一种镁复合碳纳米管储氢材料的制备方法，该方法的特征在于具有以下工艺步骤：i.在惰性气体保护下，按照镁粉∶碳纳米管∶蒽＝1∶x∶y的配比，其中0.01≤x≤0.8，1≤y≤10，置于反应容器中，加入适量的经无水无氧处理的四氢呋喃，在反应温度为0～60℃，电磁搅拌0.5～5小时，得到碳纳米管复合的蒽镁溶液；ii.在惰性气体保护下，将碳纳米管复合的蒽镁溶液常压蒸馏得到稠状物；iii.将上述稠状物在90～180℃下进行真空或惰性气体保护下热分解0.5～5小时，蒽升华后得到分离的固体粉末材料即为镁复合碳纳米管储氢材料，最后将所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：林根文，李谦，周国治，鲁雄刚，张捷宇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]