一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，涉及一种储氢材料及其制备方法，其通过球磨法将商用MgH2和富氧空位的H

【技术实现步骤摘要】
一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种储氢材料，尤其涉及一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，煤炭、石油以及天然气等化石燃料大量使用造成了较为严重的能源危机和全球气候变暖。解决该问题的首要策略就是开发清洁的可再生绿色能源。作为一种清洁和可持续的能源资源，氢能在降低环境污染和实现能源转型方面潜力巨大。氢能产业链整体可分为制取、储运以及应用三大环节。其中，由于氢气具有重量轻、密度小等特殊的理化性质，导致其储运难度较大，因此氢气的储运是高效利用氢能的关键，是影响氢能向大规模发展的重要环节。
[0003]以氢化镁(MgH2)为代表的镁基固态储氢材料具有较高的质量(7.6wt％H2)与体积(110kg H
2 m
‑3)储氢密度，同时镁资源储藏丰富、价格低廉，因此受到越来越多研究者的关注。但是，较高的热力学稳定性及迟缓的动力学性能导致镁基储氢材料吸放氢温度较高(300
‑
400℃)，使得其大规模商业化应用受到了严重的制约。目前，对于镁基储氢材料改性的主要方法有催化掺杂、纳米化、合金化等方式，其中通过球磨法进行催化剂掺杂是一种最简单高效的改性手段。
[0004]到目前为止，过渡族金属催化剂是镁基储氢材料中最有效和最有前途的催化剂。由于纯金属的韧性，使得其不易在球磨过程中与氢化镁均匀弥散的混合，因此，研究的重点常放在过渡族金属氧化物上。大量研究表明五氧化二钒中的钒位点对氢化镁的吸放氢过程具有高效的催化作用，且其成本较低、硬度较高，在球磨过程中还可以发挥氢化镁助研剂的作用。富氧空位五氧化二钒纳米片作为一种具有丰富氧空位的二维过渡族金属纳米片，具有高导电性及二维材料独特的性质，并且氧空位的存在能够改变二维材料表面的电子和化学性质，二者的协同作用能够极大改善氢化镁的储氢性能。然而，这类材料在镁基储氢材料催化剂中的研究很少。特别是富氧空位五氧化二钒纳米片的合成、形貌调控、机理分析等方面存在困难。因此，富氧空位五氧化二钒纳米片在MgH2性能提升方面的研究仍有很大空间。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，能够实现室温下快速吸氢的镁基储氢材料尚不多见，制约了氢化镁的实际应用。此外，通过球磨工艺制备的氢化镁/催化剂复合储氢材料的循环稳定性仍存在较大问题。本专利技术为解决上述技术问题制备了以富氧空位五氧化二钒为催化剂的高性能镁基储氢材料，实现了对MgH2具有优异催化性能的富氧空位五氧化二钒纳米片的制备，其催化性能明显优于目前常见的过渡族金属氧化物催化剂。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法。
[0007]本专利技术以富氧空位五氧化二钒为催化剂的高性能镁基储氢材料的制备方法包括如下步骤：
[0008](1)二维V2O5·
xH2O纳米片粉末的制备
[0009]将偏钒酸铵均匀溶解于超纯水中形成均一分散液后，逐滴加入盐酸；随后将溶液倒入聚四氟乙烯内衬中搅拌；然后将聚四氟乙烯内衬转移到不锈钢高压反应釜中；将高压反应釜在200℃下反应1小时，冷却至室温后，将得到的具有层间水的五氧化二钒纳米片用超纯水清洗，随后在离心底物中加入超纯水，用探入式超声分散纳米片，最后将得到的溶液冷冻干燥得到二维V2O5·
xH2O纳米片粉末；
[0010](2)富氧空位的H
‑
V2O5纳米片的制备
[0011]将得到的二维V2O5·
xH2O纳米片粉末在空气中一定温度下煅烧以除去层间水得到V2O5纳米片；将V2O5纳米片在一定温度一定压力的氢气气氛中处理从而得到富氧空位的H
‑
V2O5纳米片；
[0012](3)复合储氢材料制备
[0013]通过球磨法将商用MgH2和H
‑
V2O5纳米片按照一定质量比的比例混合，制备了MgH2‑
Ywt％H
‑
V2O5复合储氢材料，其中Y是复合储氢材料中H
‑
V2O5的质量分数。
[0014]进一步的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中二维V2O5·
xH2O纳米片粉末在空气中的煅烧温度为300
‑
500℃。
[0015]进一步的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中煅烧后V2O5纳米片的处理温度为100
‑
400℃。
[0016]优选的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中煅烧后V2O5纳米片的处理温度为300℃。
[0017]进一步的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中煅烧后V2O5纳米片的处理氢压为20
‑
40Bar。
[0018]优选的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中煅烧后V2O5纳米片的处理氢压为30Bar。
[0019]进一步的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(3)中商用MgH2和H
‑
V2O5纳米片的混合比例为19:1
‑
4:1。
[0020]进一步的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(3)MgH2‑
Ywt％H
‑
V2O5中Y为10。
[0021]优选的，本专利技术所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料及其制备方法，其特征在于，步骤(3)球磨过程中，转速为400rpm，球料比为80:1。
[0022]本专利技术还提供了一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂制备的高性能镁基储氢材料的测试方法，其包括：
[0023]对MgH2‑
Ywt％H
‑
V2O5复合储氢材料进行储氢性能测试中：非等温脱氢测试升温速率为2℃/min，目标温度为350℃；等温吸氢测试初始压力为30Bar；等温脱氢测试初始压力为0.01Bar；循环测试温度为275℃；DSC测试升温速率分别为3、5、7、10℃/min；储氢性能测试所用的PCT设备为国产HPSA
‑
auto高压气体吸附仪。
[0024]本专利技术的一个优选实施例如下：
[0025](1)二维V2O5·
xH2O纳米片粉末的制备
[0026]将偏钒酸铵均匀溶解于超纯水中形成均一分散液后，逐滴加入盐酸；随后将溶液倒入聚四氟乙烯内衬中搅拌；然后将聚四氟乙烯内衬转移到不锈钢高压反应釜中；将高压反应釜在200℃下反应1小时，冷却至室温后，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，其通过以下步骤制备：(1)二维V2O5·
xH2O纳米片粉末的制备将偏钒酸铵均匀溶解于超纯水中形成均一分散液后，逐滴加入盐酸；随后将溶液倒入聚四氟乙烯内衬中搅拌；然后将聚四氟乙烯内衬转移到不锈钢高压反应釜中；将高压反应釜在200℃下反应1小时，冷却至室温后，将得到的具有层间水的五氧化二钒纳米片用超纯水清洗，随后在离心底物中加入超纯水，用探入式超声分散纳米片，最后将得到的溶液冷冻干燥得到二维V2O5·
xH2O纳米片粉末；(2)富氧空位的H
‑
V2O5纳米片的制备将得到的二维V2O5·
xH2O纳米片粉末在空气中一定温度下煅烧以除去层间水得到V2O5纳米片；将V2O5纳米片在一定温度一定压力的氢气气氛中处理从而得到富氧空位的H
‑
V2O5纳米片；(3)复合储氢材料制备通过球磨法将商用MgH2和H
‑
V2O5纳米片按照一定质量比的比例混合，制备了MgH2‑
Ywt％H
‑
V2O5复合储氢材料，其中Y是复合储氢材料中H
‑
V2O5的质量分数。2.如权利要求1所述的一种以富氧空位五氧化二钒为催化剂的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中二维V2O5·
xH2O纳米片粉末在空气中的煅烧温度为300
‑
500℃。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹建新，任莉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：