一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料，将可溶性Bi盐与可溶性Mo酸盐通过水热法制备得Bi/Mo化合物，再将原料Mg粉与Bi/Mo化合物进行球磨混合，所述Bi/Mo化合物必须同时满足以下两个特点，一是纳米级晶体，二是在球磨过程中，含Bi化合物纳米级晶体不与Mg粉反应，且均匀附着于Mg粉上；所述Bi/Mo化合物为Bi2MoO6，Bi/Mo化合物的尺寸为1

【技术实现步骤摘要】
一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于能源
，具体是一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在众多能源中，氢能作为一种理想的二次能源载体以其环境友好、来源广泛和能量密度高等优势受到了广泛的关注和研究，氢能的制备和储存一直是氢能研究的重点。利用镁水反应制备氢气是一种高效，清洁的氢气制备方法，镁基制氢材料的理论产氢量很高，储量丰富易于获取，反应条件温和且产物无污染等优点使得其具有长远的应用前景。
[0003]当前镁基制氢材料主要制备方法为采用高能球磨法，通过高能球磨将催化剂与镁粉产生物理或化学反应使镁水反应产生的致密钝化层不能或降低阻碍镁水进行反应，例如，相关工作（DOI: 10.1039/x0xx00000x，Hydrogen generation via hydrolysis of Magnesium with seawater using Mo, MoO2, MoO
3 and MoS
2 as catalysts [J]），采用高能球磨法，通过Mg粉与Mo的化合物在高能球磨过程中获得高活性，提升镁基复合材料的产氢性能，球磨形成Mg
‑
10wt％x（x = Mo，MoO2，MoS2和MoO3）当条件为球料比20:1是球磨1h转速250rpm在25℃反应10min内，Mg
‑
10wt％Mo可以获得86.5%的产氢率和初始最大制氢速率751mL
·
min
‑1·
g
‑1。Mg
‑
10wt％MoO2可以获得88.0%的产氢率和初始最大制氢速率1933mL
·
min
‑1·
g
‑1。Mg
‑
10wt％MoO3可以获得91.7%的产氢率和初始最大制氢速率2423mL
·
min
‑1·
g
‑1。Mg
‑
10wt％MoS2可以获得89.8%的产氢率和初始最大制氢速率1376mL
·
min
‑1·
g
‑1。但是，该技术存在的技术问题为，常温时具有氢气转化率较低的问题。
[0004]但是，该水解技术中，随着水解反应进行，形成的Mg（OH）2致密钝化层阻隔了水与Mg颗粒的接触，从而阻碍进一步反应，导致水解反应动力学大幅下降。而且，由于镁金属粉末容易氧化，与空气中的氧气容易形成的MgO氧化层会阻碍水与Mg颗粒水解反应也会导致水解反应动力学下降。另外，由于镁金属质软延展性好，其球磨性能不佳，通过球磨等机械方法改善其水解性能存在困难，其水解性能的改善可以从减少或破坏其致密钝化层方向入手，所以探究此种高效，清洁的制氢材料，并对其工艺进行优化，具有重要的研究和现实意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料。
[0006]为了减少材料在水解过程中产生的致密钝化层的阻碍，实现有效催化产氢的效果，球磨过程中在Mg粉上产生多个活性位点，选用纳米级晶体组成的微米级Bi的多组分金属氧化物颗粒作为原料，可以形成在Mg粉上均匀附着的纳米级Bi的多组分金属氧化物微观形貌；根据现有技术可知，Bi化合物在高能球磨过程中，有较好的催化性能，多组分金属
氧化物具有比金属或金属氧化物更高的催化活性，并且多组分金属氧化物具有更好的化学和物理稳定性，可以长期保存于室外环境，与如煅烧等固态方法相比，水热法可有效制备粒径较小，比表面积较大，催化活性较高的Bi基催化剂，如何改善球磨制备的粉体复合制氢材料，需要寻找适合的Bi化合物，调节适当的球磨条件。
[0007]本专利技术的目的还在于提供所述的一种镁基粉体复合制氢材料用于水解制氢的方法。该制氢方法高效简单，制备过程无需复杂的设备和工序，成本低廉安全环保。
[0008]实现本专利技术目的的技术方案是：一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料，将可溶性Bi盐与可溶性Mo酸盐通过水热法制备得Bi/Mo化合物，再将原料Mg粉与Bi/Mo化合物进行球磨混合，所述Bi/Mo化合物必须同时满足以下两个特点，一是纳米级晶体，二是在球磨过程中，含Bi化合物纳米级晶体不与Mg粉反应，且均匀附着于Mg粉上；所述含Bi化合物的尺寸为100
‑
200nm晶体组成的1
‑
5μm颗粒。
[0009]一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1）含Bi化合物的制备，将可溶性Bi盐与可溶性Mo酸盐以一定物质的量之比溶于水后，在一定条件进行水热反应，所得产物经过滤、洗涤即可得到由纳米级Bi/Mo化合物晶体组成的微米级Bi/Mo化合物晶体；所述步骤1的可溶性Bi盐为Bi(NO3)3·
5H2O，可溶性Mo酸盐为Na2MoO4·
2H2O，所述步骤1的可溶性Bi盐和可溶性Mo酸盐的物质的量之比为2:1；所述步骤1）水热反应的条件为，水热反应的温度为160
‑
200℃，水热反应的时间为16
‑
24h；步骤2）含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料的制备，在保护气条件下，将步骤1所得微米级Bi/Mo化合物晶体与Mg粉以一定质量比，在一定条件进行球磨，得到混合均匀的含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料；所述步骤2）球磨的条件为，球磨的球料比为20:1，球磨的转速为150
‑
250r
·
min
‑1，球磨的时间为15
‑
120min。
[0010]一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料作为水解制氢材料的应用，含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料与3.5%NaCl溶液反应产氢量为801.4
‑
859.2 mLg
‑1，产氢率可达91.9
‑
98.9%，表观活化能为34
‑
35 KJ
·
mol
‑1。
[0011]将水热法制得的Bi2MoO6材料，球磨制得的Mg
‑
Bi2MoO6镁基粉体复合制氢材料进行XRD分析，结果表明球磨后镁基粉体复合制氢中只存在Mg的峰和Bi2MoO6的峰，说明球磨过程中Bi2MoO6并没有发生分解反应。
[0012]而对Bi2MoO6和球磨的镁基粉体复合制氢材料Mg
‑
Bi2MoO6分别进行SEM形貌分析，结果表明水热法制备的Bi2MoO6为100
‑
200nm晶体组成的1
‑
5μm颗粒；球磨过程后Bi2MoO6均匀附着于Mg粉的表面。
[0013]对使用不同金属氧化物球磨镁粉的材料进行产氢性能测试，结果表明水热法制备的多组分金属氧化物Bi2MoO6球磨的镁基粉体复合制氢材料有最佳的产氢性能。
[0014]对球磨的镁基粉体复合制氢材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料，其特征在于：将可溶性Bi盐与可溶性Mo酸盐通过水热法制备得Bi/Mo化合物，再将原料Mg粉与Bi/Mo化合物进行球磨混合，所述Bi/Mo化合物必须同时满足以下两个特点，一是纳米级晶体，二是在球磨过程中，含Bi化合物纳米级晶体不与Mg粉反应，且均匀附着于Mg粉上。2.根据权利要求1所述的含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料，其特征在于：所述Bi/Mo化合物为Bi2MoO6，Bi/Mo化合物的尺寸为1
‑
5μm，Bi/Mo化合物由尺寸为100
‑
200nm的纳米级晶体组成。3.根据权利要求1所述含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1）含Bi化合物的制备，将可溶性Bi盐与可溶性Mo酸盐以一定物质的量之比溶于水后，在一定条件进行水热反应，所得产物经过滤、洗涤即可得到由纳米级Bi/Mo化合物晶体组成的微米级Bi/Mo化合物晶体；步骤2）含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料的制备，在保护气条件下，将步骤1所得微米级Bi/Mo化合物颗粒与Mg粉以一定质量比，在一定条件进行球磨，得到混合均匀的含Bi和Mo的镁基粉体复合制氢材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1的可溶性Bi盐为Bi(NO3)3·
5H2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立贤，林杰，徐芬，王涛，廖鹿敏，周天昊，张焕芝，邹勇进，曹子龙，刘博涛，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：