一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料及其制备方法，属于储氢材料领域。该储氢材料是由掺杂物纳米Fe粉和MgH2粉末组成，掺杂Fe元素来源于纳米Fe粉，材料中MgH2粉末和纳米Fe粉的原子质量比1:0.15～0.25。制备方法主要是：将MgH2粉末和纳米Fe粉混合均匀后得到混合物，置于球磨罐中，加入不锈钢球作为磨球，在惰性气体气氛下球磨。本发明专利技术制得的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料综合利用纳米Fe粉使MgH2造成晶格畸变以及Fe对Mg

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于储氢材料领域，具体涉及一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，“碳达峰”和“碳中和”已经成为全世界关注的焦点，而现有能源格局仍以消耗化石燃料为基础，长久以来造成了巨大的环境和经济问题。在全球能源危机的大背景下，发展氢能被认为是一种有效的应对方案。氢能作为一种新的可再生清洁能源，具有储量丰富、无毒环保、能量密度高的特点，一直备受关注。氢能的运输和储存是亟需解决的难题。
[0003]当前氢能的储存技术主要有三种：气态储氢、液态储氢和固态材料储氢。气态储氢技术比较成熟，应用较为广泛，但是储氢质量不足容器质量的1％，储氢效率低且运输风险大。液态储氢技术相对于气态储氢来说，储氢量大，能量密度高，但是成本高、耗能大。固态材料储氢技术与前两者相比，具有循环可逆、储氢量大、安全高效等优点，是目前的研究热点。
[0004]镁基储氢材料由于其储氢密度高(7.6wt％)、资源丰富、价格低廉等特点，引来了许多研究人员的关注，被广泛认为是最具有发展前景的储氢材料之一。然而其热力学稳定性高和吸、放氢动力学缓慢成为了应用于实际生产生活的主要障碍。目前，国内外研究者通过纳米化、合金化、构建复合体系以及掺杂催化剂等方法，使改善MgH2放氢性能的研究取得了阶段性进展。
[0005]掺杂过渡金属元素是改善MgH2放氢性能的一种有效方法。过渡金属元素可以降低MgH2的稳定性，对氢分子解离起到催化作用，加快吸放氢速率。其中Fe元素不仅价格低廉，且可以显著促进MgH2中H
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H之间的轨道杂化，促进H的解离，从而有效降低MgH2的放氢活化能。而Fe元素在MgH2中的掺杂比以及制备的工艺参数，对该体系放氢性能的改善起着决定性作用，掺杂量不足会导致改善效果不明显，掺杂量过多又会显著降低总储氢量，且工艺参数的不同会导致组织结构的差异，迄今为止并没有给出一个改善程度较为理想的技术方案。
[0006]综上所述，为了解决上述问题，因此迫切需要对掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料的制备工艺进行进一步深入研究。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料；目的之二在于提供一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料的制备方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]1.一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料，所述材料由掺杂Fe元素和MgH2粉末组成，所述掺杂Fe元素来源于纳米Fe粉，所述材料中MgH2粉末和纳米Fe粉的原子质量比1:0.15～0.25。
[0010]优选的，所述材料的释氢初始温度为156℃。
[0011]优选的，所述材料的储氢量为4.3～5.3wt％。
[0012]2.上述掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0013](1)将MgH2粉末和纳米Fe粉混合均匀后得到混合物，置于球磨罐中，加入不锈钢球作为磨球；
[0014](2)将步骤(1)中球磨罐抽真空后，在惰性气体气氛下进行球磨。
[0015]优选的，步骤(1)中，所述磨球与混合物的质量比为20:1～40:1。
[0016]优选的，步骤(1)中，所述磨球的直径为10～15mm。
[0017]优选的，步骤(1)中，所述MgH2粉末的粒径为15～25μm，纯度为98％。
[0018]优选的，步骤(1)中，所述纳米Fe粉的粒径为75～150nm，纯度为99.9％。
[0019]优选的，步骤(2)中，所述的惰性气体为氩气。
[0020]优选的，步骤(2)中，所述球磨的具体操作为每球磨20min，停歇5min，球磨转速为280～400rpm，球磨时间为12～40h。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1.本专利技术提供了一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料，本专利技术把Fe元素在MgH2中的掺杂比例和制备工艺加以确定，得到了一种放氢性能较好的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料。其综合利用纳米Fe粉使MgH2造成晶格畸变以及Fe对Mg
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H键的削弱作用，可以将释氢初始温度降低至156℃，并在230℃下具有较快的释氢速率，30min内可释放4.5wt％的H2，使得MgH2释氢过程的热力学与动力学都有了显著的改善。而且本专利技术使用Fe元素作为掺杂剂，而非贵金属或者稀土元素，如铂、钯、镍、钇等，大大控制了成本，有益于该储氢材料的工业化生产。
[0023]2.本专利技术提供了一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料的制备方法，该工艺简单、易操作，采用低能球磨法，利用纳米Fe粉与MgH2在280～400rpm下球磨即可制备，设备成本和能源消耗较低，且在显著降低材料释氢温度、加快释氢速率的同时，仍能保持4.3～5.3wt％H2的储氢量，在储能系统以及氢能利用等领域具有理想的应用前景。
[0024]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0026]图1为实施例1中制备的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料的TEM图(a)、选区电子衍射(SAED)图(b)和高分辨透射电镜(HRTEM)图(c)；
[0027]图2为实施例1中制备的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料的高角环形暗场扫描透射(HAADF)图(a)和其元素分布图(Mapping)，其中b为Mg、Fe元素分布图、c为Mg元素分布图和d为Fe元素分布图。
[0028]图3为实施例1中制备的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料随不同球磨时间变化
的XRD图：(a)3
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21h、(b)24
‑
42h、(c)45
‑
57h；
[0029]图4为实施例1中制备的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料(a)与MgH2球磨态粉末(milled MgH2)(b)的氢气程序升温脱附曲线(TPD)图；
[0030]图5为实施例1中制备的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料(a)与MgH2球磨态粉末(milled MgH2)(b)在230℃下的放氢动力学曲线图；
[0031]图6为实施例1中制备的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料(a)与MgH2球磨态粉末(milled MgH2)(b)的XRD图；
具体实施方式
[0032]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料，其特征在于，所述材料由掺杂Fe元素和MgH2粉末组成，所述掺杂Fe元素来源于纳米Fe粉，所述材料中MgH2粉末和纳米Fe粉的原子质量比1:0.15～0.25。2.根据权利要求1所述的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料，其特征在于，所述材料的释氢初始温度为156℃。3.根据权利要求1所述的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料，其特征在于，所述材料的储氢量为4.3～5.3wt％。4.权利要求1～3任一项所述的掺杂Fe元素的MgH2固溶体储氢材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将MgH2粉末和纳米Fe粉混合均匀后得到混合物，置于球磨罐中，加入不锈钢球作为磨球；(2)将步骤(1)中球磨罐抽真空后，在惰性气体气氛下进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：房达瑞，陈玉安，苏建章，潘复生，周世明，杨修，
申请(专利权)人：广东省国研科技研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：