一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物及其应用，所述复合氧化物由p型氧化物半导体与n型氧化物半导体组成，所述p型氧化物半导体与所述n型氧化物半导体在材料的内部形成p

【技术实现步骤摘要】
一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物及其应用


[0001]本专利技术涉及化学催化
，特别是涉及一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物及其应用。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，世界范围内的能源危机和环境恶化问题日益严峻，迫使人类社会发展各种可再生清洁能源。太阳能是其中的一种丰富的可再生能源，受到研究者的广泛关注。太阳能光热发电技术是新一代太阳能发电站的发展方向。太阳能光热发电系统分成四部分：集热系统、热传输系统、储热系统、发电系统。其中，储热系统将多余的热能储存起来，根据当地的用电负荷，适应电网调度发电，提高太阳能光热发电站的效率。
[0003]储热材料是储热系统的关键技术。储热材料的种类主要分为显热储热材料、潜热储热材料和热化学储热材料。热化学储热材料是基于化学可逆反应进行热能的储存/释放，其储热密度大，稳定性非常高，能够实现热能的长期储存，是新一代储热材料研究的重点发展方向。其中，金属氢化物储热材料具有反应热值高、分解温度范围大、循环性能好、价格低廉、来源广泛以及安全性高等优点，是储热材料的主流发展方向。
[0004]镁(Mg)基氢化物是热化学储能材料中比较常见的储热材料体系，除了具备热化学储热材料常见的优点外，还具有价格低廉、来源广泛以及安全性高等优点，是储热材料的主流方向。然而，镁(Mg)基氢化物动力学性能较差，阻碍其在储热系统中的应用。纳米化与合金化是改善吸放氢动力学的主要途径。但是，这些方法存在高温下结构不稳定与成本昂贵等问题。因此亟需发展一种新的方法，解决镁(Mg)基氢化物动力学性能差的问题，促进储热系统的发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物及其应用，所述复合氧化物由p型氧化物半导体与n型氧化物半导体组成，并在材料的内部形成“p
‑
n结”，可促进MgH2快速放氢。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物，由p型氧化物半导体与n型氧化物半导体组成，所述p型氧化物半导体与所述n型氧化物半导体在材料的内部形成p
‑
n结。
[0008]所述p型氧化物半导体包括NiO、Cu2O、Cr2O3、Bi2O3、Pr2O3、Nd2O3、RuO2中的一种或多种。
[0009]所述n型氧化物半导体包括ZnO、BaO、TiO2、WO3、Mn2O3、Fe3O4、Nb2O5、Ta2O5、MoO3中的一种或多种。
[0010]作为上述方案的进一步改进，所述复合氧化物为Ta2O5‑
Pr2O3、Ta2O5‑
Nd2O3中的一种。
[0011]本专利技术第二方面在于提供如上所述的复合氧化物在催化MgH2快速放氢中的应用。
[0012]作为上述方案的进一步改进，所述复合氧化物在热辐射作用下催化MgH2快速放氢。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0014]本专利技术的复合氧化物在热辐射的作用下，n型氧化物半导体的表面形成自由电子，p型氧化物半导体的表面形成空穴，两者在材料的内部形成“p
‑
n结”，降低自由电子与空穴复合的几率，提高催化体系的性能；通过材料表面的自由电子与空穴，实现快速、有效地催化MgH2分解放氢。
附图说明
[0015]图1是本专利技术复合氧化物催化体系的催化机理图；
[0016]图2是本专利技术实施例2的Ta2O5‑
Nd2O3复合氧化物催化体系的工作机理图；
[0017]图3是本专利技术实施例2中Ta2O5‑
Nd2O3复合氧化物催化体系(MgH2‑
TN)与单独球磨的MgH2放氢性能的比较图。
具体实施例
[0018]为更好的说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0019]实施例1：
[0020]一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物，由p型氧化物半导体与n型氧化物半导体组成，所述p型氧化物半导体与所述n型氧化物半导体在材料的内部形成p
‑
n结。
[0021]催化机理：
[0022]根据斯忒藩－波耳兹曼定律：黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总功率(辐射度)j*与黑体本身的热力学温度T的四次方成正比：
[0023]j*＝εσΤ4[0024]其中j*是辐射度(W
·
m
‑2)，T为绝对温度(K)，ε为辐射率，比例系数σ为斯特藩
‑
玻尔兹曼常数(σ＝5.67
×
10
‑8W
·
m
‑2·
K
‑4)。MgH2储热材料的工作温度为300
‑
500℃，而在此温度区间内降温，单位面积下黑体的辐射散热功率超过1.41
×
104W。因此热辐射是MgH2储热材料的主要传热方式。
[0025]如图1所示，本专利技术的复合氧化物催化体系由p型氧化物半导体与n型氧化物半导体组成。其中，p型氧化物包括(NiO，Cu2O，Cr2O3，Bi2O3，Pr2O3，Nd2O3，RuO2等)，n型氧化物半导体包括(ZnO，BaO，TiO2，WO3，Mn2O3，Fe3O4，Nb2O5，Ta2O5和MoO3等)。p型氧化物半导体与n型氧化物半导体在材料内部形成“p
‑
n结”。在热辐射的作用下，n型氧化物半导体表面形成自由电子，p型氧化物半导体表面形成空穴，在材料内部形成“p
‑
n结”，从而降低自由电子与空穴复合的几率，提高催化体系的性能。通过材料表面的自由电子与空穴，能够快速、有效地催化MgH2分解放氢。
[0026]实施例2：
[0027]一种催化MgH2快速放氢的Ta2O5‑
Nd2O3复合氧化物，其中Nd2O3为p型氧化物半导体，Ta2O5为n型氧化物半导体，两者内部形成“p
‑
n结”，能快速、有效地催化MgH2分解放氢。
[0028]如图2所示，本实施例的Ta2O5‑
Nd2O3复合氧化物催化MgH2分解放氢的机理为：
[0029]在热辐射的作用下，Ta2O5表面形成自由电子，Nd2O3表面形成空穴。在材料内部形成“p
‑
n结”，降低自由电子与空穴复合的几率，提高催化体系的性能。通过材料表面的自由电子与空穴，快速、有效地催化MgH2分解放氢。
[0030]将加入本实施例Ta2O5‑
Nd2O3复合氧化物的MgH2体系与单独球磨的MgH2进行放氢性能比较。
[0031]如图3所示，可见加入Ta2O5‑
Nd2O3复合氧化物后，MgH2的放氢性能明显改善，其能够在30分钟内放出超过5wt％的氢气，而单独球磨的MgH2只能放出约2.5wt％的氢气。
[0032]以上所述仅是本专利技术的优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化MgH2快速放氢的复合氧化物，其特征在于，由p型氧化物半导体与n型氧化物半导体组成，所述p型氧化物半导体与所述n型氧化物半导体在材料的内部形成p
‑
n结。2.根据权利要求1所述的催化MgH2快速放氢的复合氧化物，其特征在于，所述p型氧化物半导体包括NiO、Cu2O、Cr2O3、Bi2O3、Pr2O3、Nd2O3、RuO2中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的催化MgH2快速放氢的复合氧化物，其特征在于，所述n型氧化物半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴岱丰，李睿，曾黎明，唐仁衡，肖方明，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：