一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法，首先以Ti3C2、Zn(NO3)2·6H2O、NaOH和SDBS为原料，采用水热法在不同锌钛比条件下，合成Ti3C2负载ZnO二维复合储氢材料，然后通过浸渍法利用三聚氰胺泡沫吸取Ti3C2/ZnO复合材料溶液，最后通过浸渍‑蒸发法与PMMA‑LiBH4进行复合，并负载到Ti3C2/ZnO表面及三聚氰胺泡沫的枝杈上，通过浸渍法不会破坏材料的结构，同时大大提高了PMMA‑LiBH4的放氢性能，由本发明专利技术制得的PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的起始放氢温度为72℃，在350℃、3h内的放氢量达到了8.1wt%。

Preparation of a Ti3C2-loaded ZnO composite hydrogen storage material

The invention discloses a preparation method of a Ti3C2 loading ZnO composite hydrogen storage material. First, Ti3C2, Zn (NO3) 2. 6H2O, NaOH and SDBS are used as raw materials, and the Ti3C2 loading ZnO two-dimensional composite hydrogen storage material is synthesized by hydrothermal method under different zinc titanium ratio, and then the composite material solution is absorbed by melamine foam through impregnation method, and finally by immersion evaporation evaporation method and the corrosion inhibitor. The composite material is loaded on the surface of Ti3C2/ZnO and the branches of melamine foam, and the structure of the material is not destroyed by impregnation method. Meanwhile, the hydrogen releasing performance of PMMA LiBH4 LiBH4 is greatly improved. The initial dehydrogenation temperature of the PL/Ti3C2/ZnO/MF composite hydrogen storage material prepared by the invention is 72 degrees, and the hydrogen release amount reaches 8.1wt% at the temperature of 3H and 3H.

【技术实现步骤摘要】
一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法
本专利技术涉及新能源材料的储氢材料
，具体涉及一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法。
技术介绍
开发安全、高效的储运技术是发展氢经济的关键，固体储氢材料因其安全性高和储存便捷被认为是理想的储氢材料，其中轻金属配位氢化物因具有高的储氢容量而被广泛的关注，硼氢化锂（LiBH4）的质量储氢密度和体积储氢密度分别为18.5wt%和121kg/m3，但仍然存在放氢温度高、可逆性差等不足，其严重阻碍其作为储氢材料的应用。为了改善LiBH4的可逆储氢性能，研究者采用了掺杂催化剂、阴阳离子替代、纳米限域和与高分子材料复合等方法；PMMA限域LiBH4是一种有效改善LiBH4储氢性能的方法；由于在气体选择性方面PMMA对H2/O2的渗透比高于其他同类的高分子材料，因此能阻止H2O和O2而让H2自由进出，从而提高LiBH4的稳定性；Huang等报道（40wt%）PMMA限域LiBH4（60wt%）的快速放氢温度为350℃，比纯LiBH4低120℃，表明PMMA限域能有效降低LiBH4的放氢温度。Ti3AlC2材料经过HF腐蚀，形成一种典型的二维层状独立晶体Ti3C2，Ti3C2纳米粉体作为层状晶体，结构稳定，绿色环保，比表面积大且具有良好的导电性，可以用于储氢材料
；然而单一的Ti3C2导电性已无法满足需求，纳米复合材料比单一材料具有更高的催化储氢性能，因此可以通过复合Ti3C2与其他材料制成一种混合型二维复合储氢材料；过渡金属氧化物中ZnO是一种高活性材料，具有良好的电导特性，且ZnO具有多形貌控制生长的特点，即实现不同比表面积的控制，目前，ZnO作为一种潜在的储氢材料被广泛关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法，通过本专利技术制得的PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料大大提高了LiBH4的储氢性能，使LiBH4起始放氢温度大大降低。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法，包括如下步骤：S1、Ti3C2的制备:称取Ti3AlC2粉末，将其浸泡在质量分数为40%的HF酸中，搅拌24h，用去离子水洗涤，离心3-5次直到清洗液pH达到5~6，干燥即得到粉末Ti3C2；S2、Ti3C2/ZnO的制备：将步骤S1制得的Ti3C2粉末分散于去离子水中，搅拌条件下，依次加入Zn(NO3)2·6H2O、NaOH、SDBS混合均匀，然后将混合液于100℃下水热反应12-15h，冷却后离心，洗涤并干燥，得到Ti3C2负载ZnO复合材料，简称Ti3C2/ZnO复合材料；S3、Ti3C2/ZnO/MF的制备：取步骤S2制得的Ti3C2/ZnO复合材料配置成1-5mg/mL水溶液，加入三聚氰胺泡沫吸取溶液，加热，最后干燥即得到Ti3C2/ZnO/MF复合材料；S4、PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的制备：配制PMMA-LiBH4的四氢呋喃溶液，记为PL/THF，然后用步骤S3制得的Ti3C2/ZnO/MF吸附PL/THF溶液，最后抽真空，晾干即得到PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料。采用本专利技术的制备方法，首先通过HF剥离法制备出了Ti3C2，然后以Ti3C2、Zn(NO3)2·6H2O、NaOH、SDBS为原料，采用水热法在不同锌钛比条件下合成Ti3C2负载ZnO二维复合储氢材料，然后通过浸渍法合成Ti3C2/ZnO/MF复合材料，再与PMMA-LiBH4复合形成PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料，极大的改善了LiBH4的储氢性能。优选的，步骤S2中Ti3C2与ZnO的质量比为1:0.1-10；ZnO与NaOH、SDBS的摩尔比为1：20：5；本专利技术制备方法中随着Ti3C2与ZnO质量比的增加，ZnO负载于Ti3C2表面的形貌由纳米棒向纳米片转变，从而提高Ti3C2/ZnO复合材料的比表面积，进一步提升三聚氰胺泡沫、PMMA-LiBH4的吸附量，从而使LiBH4的储氢性能增加。优选的，步骤S2中Ti3C2与ZnO的质量比为1:10；按此质量比复合形成的Ti3C2/ZnO复合材料的储氢性能达到最佳。优选的，步骤S2中所述清洗为先用去离子水清洗至pH为中性，再用丙酮、无水乙醇依次清洗3次。优选的，步骤S2中所述干燥为在40℃干燥24h。优选的，步骤S3中加热条件为60℃下加热3h。优选的，步骤S3中干燥条件为160℃真空干燥2h。优选的，步骤S4中PMMA、LiBH4的质量浓度比为2:1。优选的，步骤S4中Ti3C2/ZnO/MF与PL/THF溶液的固液比为1:1-5。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）以Ti3C2、Zn(NO3)2·6H2O、NaOH和SDBS为原料，采用水热法在不同锌钛比条件下，合成Ti3C2负载ZnO二维复合储氢材料，随着Ti3C2：ZnO摩尔比的增大，ZnO形貌由棒状向纳米片状转变，Ti3C2协同ZnO使LiBH4的催化储氢性能达到最佳；（2）通过浸渍法利用三聚氰胺泡沫吸取Ti3C2/ZnO复合材料溶液，使三聚氰胺泡沫的3D孔结构状态及ZnO的片状结构得到保持，并使Ti3C2/ZnO复合材料镶嵌到三聚氰胺的孔结构中，以提高复合材料的储氢性能；（3）通过浸渍-蒸发法与PMMA-LiBH4进行复合，使PL填充到Ti3C2/ZnO/MF的孔结构中，并负载到Ti3C2/ZnO表面，也有PL负载于三聚氰胺泡沫的枝杈上，通过浸渍法不会破坏材料的结构，同时提高了PL的放氢性能。（4）本专利技术合成方法简单，制备得到的PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料具有较好的放氢性能及良好的疏水性，PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的起始放氢温度为72℃，主要放氢温度为300-400℃，在350℃1h内的放氢量达到了8.1wt%，PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的放氢机理为低温下LiBH4与PMMA反应生成Li3BO3和LiB5O8；高温下LiBH4与PMMA、Ti3C2相互作用生成Li2B8O13和TiB12、TiB，促进了LiBH4的放氢性能。附图说明图1为Ti3C2负载ZnO二维材料的XRD图谱。图2为实施例1制得的Ti3C2/ZnO复合材料的扫描电镜图。图3为Ti3C2/ZnO/MF复合材料的XRD谱图。图4为Ti3C2/ZnO/MF复合材料的扫描电镜图。图5为PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的扫描电镜图。图6为PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的XRD图谱。图7为ZnO/MF（a）、Ti3C2/ZnO/MF（b）、PL/Ti3C2/ZnO/MF（c）的疏水性能测试结果图。图8为PL/Ti3C2/ZnO/MF（a）复合储氢材料、PL/ZnO/MF（b）的程序升温放氢TPD曲线。图9为PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料在250℃、300℃、350℃的恒温放氢曲线。图10为PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料（a）、PL/ZnO/MF（b）在350℃的恒温放氢曲线。图11为PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料在不同温度放氢后的XRD图谱。图12为PL/Ti3C2/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、Ti3C2的制备:称取Ti3AlC2粉末，将其浸泡在质量分数为40%的HF酸中，搅拌24h，用去离子水洗涤，离心3‑5次直到清洗液pH达到5~6，干燥即得到粉末Ti3C2；S2、Ti3C2/ZnO的制备：将步骤S1制得的Ti3C2粉末分散于去离子水中，搅拌条件下，依次加入Zn(NO3)2·6H2O、NaOH、SDBS混合均匀，然后将混合液于100℃下水热反应12‑15h，冷却后离心，洗涤并干燥，得到Ti3C2负载ZnO复合材料，简称Ti3C2/ZnO复合材料；S3、Ti3C2/ZnO/MF的制备：取步骤S2制得的Ti3C2/ZnO复合材料配置成1‑5mg/mL水溶液，加入三聚氰胺泡沫吸取溶液，加热，最后干燥即得到Ti3C2/ZnO/MF复合材料；S4、PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的制备：配制PMMA‑LiBH4的四氢呋喃溶液，记为PL/THF，然后用步骤S3制得的Ti3C2/ZnO/MF吸附PL/THF溶液，最后抽真空，晾干即得到PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料。

【技术特征摘要】
1.一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、Ti3C2的制备:称取Ti3AlC2粉末，将其浸泡在质量分数为40%的HF酸中，搅拌24h，用去离子水洗涤，离心3-5次直到清洗液pH达到5~6，干燥即得到粉末Ti3C2；S2、Ti3C2/ZnO的制备：将步骤S1制得的Ti3C2粉末分散于去离子水中，搅拌条件下，依次加入Zn(NO3)2·6H2O、NaOH、SDBS混合均匀，然后将混合液于100℃下水热反应12-15h，冷却后离心，洗涤并干燥，得到Ti3C2负载ZnO复合材料，简称Ti3C2/ZnO复合材料；S3、Ti3C2/ZnO/MF的制备：取步骤S2制得的Ti3C2/ZnO复合材料配置成1-5mg/mL水溶液，加入三聚氰胺泡沫吸取溶液，加热，最后干燥即得到Ti3C2/ZnO/MF复合材料；S4、PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料的制备：配制PMMA-LiBH4的四氢呋喃溶液，记为PL/THF，然后用步骤S3制得的Ti3C2/ZnO/MF吸附PL/THF溶液，最后抽真空，晾干即得到PL/Ti3C2/ZnO/MF复合储氢材料。2.根据权利要求1所述的一种Ti3C2负载ZnO复合储氢材料的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：申芳华，谢春晓，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44