碳纳米球负载氨硼烷储氢材料及其制备方法技术

一种碳纳米球负载氨硼烷储氢材料，由碳纳米球负载氨硼烷制成，碳纳米球是直径为100‑200nm的实心碳纳米球；其制备步骤是：首先将碳纳米球超声分散于四氢呋喃溶剂中；然后将氨硼烷溶于四氢呋喃溶剂中；接着将上述两种溶液混合、搅拌均匀，最后将上述均匀混合液真空干燥除去溶剂后，即可制得目标产品。本发明专利技术的优点是：以氨硼烷与碳纳米球为原料，在较低的温度下制备碳纳米球负载氨硼烷储氢材料，可有效降低氨硼烷的热解放氢温度，有效抑制硼嗪、乙硼烷、氨气等有害物质的产生；在放氢过程中释放热量小，有利于在相对温和条件下通过固‑气反应或化工过程实现反应产物的再生。

Carbon nano ball loading ammonia borane hydrogen storage material and preparation method thereof

A carbon nanometer ball load ammonia borane hydrogen storage material, made of carbon nanospheres loaded ammonia borane made of carbon nano ball is solid carbon nanospheres with diameters of 100 200nm; the preparation steps are: firstly, the carbon nano sphere ultrasonic dispersion in THF solvent; then dissolved in four ammonia borane tetrahydrofuran solvent in the above two kinds of solution; then mixing, stirring evenly, and the uniform mixture of vacuum drying after removal of the solvent to obtain the target product. The advantages of the invention are: ammonia borane and the carbon nano ball as raw materials, preparation of carbon nanometer ball load ammonia borane hydrogen storage material at low temperature, can effectively reduce the pyrolysis of ammonia borane hydrogen temperature, effective suppression of borazine and diborane, ammonia and other harmful substances produced in the dehydrogenation process; in the release of heat, is conducive to the realization of the regeneration reaction product by solid gas reaction or chemical process in relatively mild conditions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源氢能的储氢材料与技术，具体涉及一种碳纳米球负载氨硼烷储氢材料及其制备方法。
技术介绍
随着世界经济的不断发展，人们对能源的需求迅猛增加，资源有限的化石能源将不能满足经济高速发展的需求，人们努力寻找化石能源的替代能源，其中包括可再生能源和其他新能源。开发一种可再生、具高燃烧值、易于利用又不污染环境的新型燃料己经成为人们的共同愿望。氢能是一种燃烧值高，无污染的高效清洁能源。在未来的能源体系中，氢能可以成为与电能并重而互补的终端能源，渗透并服务于社会经济生活的各个方面，从而为国家的能源安全和环境保护作出重要贡献。近年来，氢燃料电池及其相关领域的快速发展有效推动了氢能技术的进步, 然而氢储存技术已成为制约氢能发展的瓶颈。因此，发展高能量密度、高效率和安全的氢储运技术是必须解决的关键技术问题。固态储氢由于质量密度高、安全性能好等优点，被认为是一种最具发展前景的氢气储存方式。传统的金属储氢材料，如AB，AB2和AB5型合金，虽具有高的体积储氢密度，但温和条件下的有效质量储氢容量多低于3％，低于国际能源署（IEA）提出质量储氢密度大于5％的目标。由轻质元素组成的硼氢化物，如硼氢化锂(LiBH4)、硼氢化钠（NaBH4）、氨硼烷（NH3BH3）等理论质量储氢容量均远远高于5%，已经成为非常具有应用前景的储氢材料。氨硼烷（NH3BH3，AB）具有较高的质量储氢容量（19.6 wt%）和体积储氢容量（145 kgH2/m3），远高于国际能源署提出的目标，这些性质使AB和其相关材料成为现场制氢应用的重要材料。AB可以通过热解和水解的方式放出3个当量的氢气。氨硼烷的水解过程通常需要借助金属基催化剂来提高AB的放氢速度以及实现氨硼烷水溶液的可控放氢。催化剂活性与金属种类，颗粒尺寸、形貌，催化前驱体以及载体材料有着密切的关系（Chandra, M.; Xu, Q. J. Power Sources 2006, 156, 190.; Kalidindi, S. B.; Indirani, M.; Jagirdar, B. R. Inorg. Chem. 2008, 47, 7424.）。但氨硼烷水解也存在着体积储氢密度较低的问题，难以满足实际应用需求。氨硼烷的热解可以实现在较低温度下放出2个当量的氢气，近年来受到了广泛的关注。通过研究发现，氨硼烷热解还存在着几点问题，首先其初步放氢温度高于质子交换膜燃料电池的工作温度（>1140C），而较低温度下的放氢动力学缓慢，使得低温下分子内氢的利用率不高。另外，硼嗪（borazine）、乙硼烷（diborane）、氨气（ammonia）等有害气体杂质的释放经常伴随在氨硼烷热解放氢过程中，这些有害气体能使燃料电池中金属催化剂中毒失活，从而限制了氨硼烷的实际应用。为了解决这些问题，目前主要的技术方法有：利用纳米限域效应和纳米材料表面催化效应，将AB负载到介孔材料上或者具有表面催化活性的纳米材料表面，降低了热解放氢温度和热解放氢的活化能（Gutowska, A.; Li, L.; Shin, Y., et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3578.; Li, Z. Y.; Zhu, G. S.; Lu, G. Q., et al. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1490.）；通过贵金属催化剂来改善氨硼烷作的热解放氢性能（Denney, M. C.; Pons, V.; Hebden, T. J., et al. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12048.）；用碱土金属氢化物与氨硼烷反应生成新型的金属-氨硼烷化合物，提高其热解放氢速率并且降低放氢温度（Diyabalanage, H. V. K.; Shrestha, R. P.; Semelsberger, T. A., et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 8995.）。近年来，我们课题组研究开发了一种新型的二氧化锰空心立方体负载氨硼烷储氢材料，这种材料明显降低了氨硼烷的放氢温度，并抑制了有害气体杂质，例如硼嗪、乙硼烷和氨气的产生（Yang, Z. , Cheng, F., Tao Z., et al. Microporous Mesoporous Mater., 2012, 161, 40.）。尽管氨硼烷热解放氢的研究已经取得了一定进展，但目前仍然缺乏满足实用化需求的成熟体系。因此，具有良好放氢性能的碳纳米球负载氨硼烷储氢材料体系的开发对于提高氨硼烷的实际应用价值将具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在问题，提供一种碳纳米球负载氨硼烷储氢材料及其制备方法。本专利技术采用的技术方案为：一种碳纳米球负载氨硼烷储氢材料的制备方法，包括以下步骤步骤一：将碳纳米球超声分散于纯化后的四氢呋喃溶剂中，制得碳纳米球四氢呋喃溶液；步骤二：将氨硼烷溶于纯化后的四氢呋喃溶剂中，制得氨硼烷四氢呋喃溶液；步骤三：将上述两种溶液混合，将混合液缓慢搅拌至均匀混合；步骤四：将所得均匀混合液进行真空干燥除去溶剂后，即可制得该碳纳米球负载氨硼烷储氢材料。作为一种优选的技术方案：由碳纳米球负载氨硼烷-AB制成，所述碳纳米球为直径为100nm-200nm的实心碳纳米球-CNS。作为一种优选的技术方案：所述碳纳米球与四氢呋喃溶剂的用量比为40-60mg/mL。作为一种优选的技术方案：所述氨硼烷与四氢呋喃溶剂的用量比为12-20mg/mL。作为一种优选的技术方案：所述两种溶液混合液中碳纳米球与氨硼烷的质量比为3:1。作为一种优选的技术方案：所述混合液的搅拌温度及真空干燥温度均为200C，真空干燥的时间为12-24h。作为一种优选的技术方案：所述均匀混合液经真空干燥的真空度为0.05-0.1MPa。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术以氨硼烷与碳纳米球为原料，在较低的温度下通过一步法制备碳纳米球负载氨硼烷储氢材料，制备工艺简单，可有效降低氨硼烷的热解放氢温度，有效抑制硼嗪、乙硼烷、氨气等有害气体杂质的产生，具有较快的放氢动力学；另外在放氢过程中释放热量小，分解反应的焓变接近于热中性，有利于在相对温和条件下通过固-气反应或化工过程实现反应产物的再生；本专利技术采用简便、高效，能量密度高、且安全高效，在车载储氢方面具有应用前景。附图说明图1为实施例1中纯AB与3CNS/AB样品的X射线衍射（XRD）谱图；图2为CNS样品（a）与3CNS/AB样品（b）的扫描电镜（SEM）图；图3为实施例1中纯AB与3CNS/AB样品的热重（TG）曲线；图4为实施例1中纯AB与3CNS/AB样品的差示扫描量热（DSC）曲线；图5为实施例2 中纯AB与3CNS/AB样品的X射线衍射（XRD）谱图；图6为实施例2中纯AB与3CNS/AB样品的热重（TG）曲线；图7为实施例2中纯AB与3CNS/AB样品的差示扫描量热（DSC）曲线；图8为实施例3 中纯AB与3CNS/AB样品的X射线衍射（XRD）谱图；图9为实施例3中纯AB与3CNS/AB样品的热重（TG）曲线；图10为实施例3中纯AB与3CNS/AB样品的差示扫描量本文档来自技高网...

【技术保护点】
步骤一：将碳纳米球超声分散于纯化后的四氢呋喃溶剂中，制得碳纳米球四氢呋喃溶液；步骤二：将氨硼烷溶于纯化后的四氢呋喃溶剂中，制得氨硼烷四氢呋喃溶液；步骤三：将上述两种溶液混合，将混合液缓慢搅拌至均匀混合；步骤四：将所得均匀混合液进行真空干燥除去溶剂后，即可制得该碳纳米球负载氨硼烷储氢材料。

【技术特征摘要】
1.步骤一：将碳纳米球超声分散于纯化后的四氢呋喃溶剂中，制得碳纳米球四氢呋喃溶液；步骤二：将氨硼烷溶于纯化后的四氢呋喃溶剂中，制得氨硼烷四氢呋喃溶液；步骤三：将上述两种溶液混合，将混合液缓慢搅拌至均匀混合；步骤四：将所得均匀混合液进行真空干燥除去溶剂后，即可制得该碳纳米球负载氨硼烷储氢材料。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米球负载氨硼烷储氢材料，其特征在于：由碳纳米球负载氨硼烷-AB制成，所述碳纳米球为直径100nm-200nm的实心碳纳米球-CNS。3.根据权利要求1所述的一种碳纳米球负载氨硼烷储氢材料的制备方法，其特征在于：所述碳纳米球与四氢呋喃溶剂的用量比为40-...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨在兴，张岩，李洪仁，李锋，孙弘，
申请(专利权)人：沈阳大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21