專利名稱：刺狀Sb₂Se₃ 半導體儲氫材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體儲氫材料及其制備方法。
背景技術：
當前，能源和環境問題是世界范圍內面臨的兩大難題，煤、石油、天然氣等傳統能源面臨日益減少的枯竭之勢，而同時使用這些能源帶來的環境問題也日趨嚴重。因此開發無污染、可再生能源勢在必行。氫能作為唯一無污染可再生的能源，無疑是繼石油、煤和天然氣等非再生能源以后新一代被廣泛采用的能源。阻礙氫能的大規模使用的關鍵問題是氫能的儲存和運輸。目前，液氫儲存的成本高、安全性較差，金屬氫化物儲氫時得到的儲氫量有限，儲氫質量密度太低。限制了其應用范圍。為了開發高效的儲氫材料，眾多國家和研究者進行著不懈的努力。1991年，日本 NEC公司的電鏡專家在制備C60時偶然發現了碳納米管，由于其具有較低的密度和較高的比表面積等特點引起了研究者的廣泛關注。1992年，Hamada N.發現這種材料具有優異的電化學儲氫性能從而掀起了碳納米管儲氫研究的熱潮，且取得了重要的進展。目前制備碳納米管方法很多，如電弧法，激光蒸發法和氣相沉積法等，但這些方法對設備要求嚴格，能耗量較大，且產物需要純化。諸多缺點也阻礙了其實用化的進程。因此尋求新型高效、制備方法簡單的儲氫材料將是儲氫發展走向實用化的必然趨勢。

發明內容
發明是要解決現有的碳納米管電化學儲氫材料對設備要求嚴格、能耗量較大且產物需要純化的技術問題，而提供刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料及其制備方法。本發明的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料是由K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性劑、乙二醇、水和質量百分含量為85%的水合肼采用溶劑熱合成法制成的刺狀的Sb2Se3 ； 其中 K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 9 3. I，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為I : O. 5 11，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為 Ig 145 150mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為 Ig : 70 75mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig : 10 15mL。其中的表面活性劑為檸檬酸或葡萄糖；本發明的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法按以下步驟進行一、按 K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 9 3. I、K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20與表面活性劑的質量比為I O. 5 11、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為Ig 145 150mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與水的質量體積比為Ig : 70 75mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig : 10 15mL的比例稱取K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性劑、乙二醇、水和質量百分含量為 85%的水合肼并混合均勻，得到混合溶液；二、將步驟一得到的混合溶液轉移至反應釜中，密封后放入烘箱中，在溫度為160 190°C的條件下反應16 20小時；三、將反應釜取出后經冷卻到室溫，將得到的固態產物用無水乙醇洗滌，然后在溫度為50 70°C的烘箱中干燥10 16h，得到刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料。本發明的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料是由像刺猬形狀的三維納米帶組成的，這些納米帶是由許多長度為5um、直徑為150nm的納米棒組成。本發明刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料方法的原料價格低、裝置簡易，且操作簡單，能耗量低。所制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料，比表面積為4. 3 4. 5m2. g 1J電化學儲氫性能較好,放電容量為203. 3 210mA h g'純度高達99% 100%，不需要純化處理。可應用于多種電池的電極材料中。


圖I是試驗一制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的X射線衍射圖譜；圖2是試驗一制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的低倍掃描電子顯微鏡圖；圖3是試驗一制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的高倍掃描電子顯微鏡圖；圖4是試驗一制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材的充放電曲線圖，其中a為充電的曲線，b為放電曲線。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料是由K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性劑、乙二醇、水和質量百分含量為85%的水合肼采用溶劑熱合成法制成的刺狀的Sb2Se3 ;其中K(SbO)C4H4O6 ·0· 5H20與Na2SeO3的摩爾比為2 2. 9
3.1，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為 I : O. 5 11，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與乙二醇的質量體積比為Ig 145 150mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與水的質量體積比為 Ig 70- 75mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為 Ig ； 10 15mL0本實施方式的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料是由像刺猬形狀的三維納米帶組成的， 這些納米帶是由許多長度為5um、直徑為150nm的納米棒組成。本發明刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料方法的原料價格低、裝置簡易，且操作簡單。所制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料， 比表面積為4. 3 4. 5m2. g_\電化學儲氫性能較好，放電容量為203. 3 210mA hg'，純度高達99% 100%，不需要純化處理。可應用于多種電池的電極材料中。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是表面活性劑為朽1檬酸或葡萄糖。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 95 3. 05，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為I : I 10，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為 Ig 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig 11 14mL。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20與Na2SeO3的摩爾比為2 3，K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20與表面活性劑的質量比為I 5，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與乙二醇的質量體積比為 Ig 148mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為Ig 73mL，K(SbO) C4H4O6*O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig 13mL。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
五本實施方式的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法按以下步驟進行一、按 K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 9 3. I、K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20與表面活性劑的質量比為I O. 5 11、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為Ig 145 150mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與水的質量體積比為Ig : 70 75mL、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig : 10 15mL的比例稱取K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性劑、乙二醇、水和質量百分含量為 85%的水合肼并混合均勻，得到混合溶液；二、將步驟一得到的混合溶液轉移至反應釜中，密封后放入烘箱中，在溫度為 160 190°C的條件下反應16 20小時；三、將反應釜取出后經冷卻到室溫，將得到的固態產物用無水乙醇洗滌，然后在溫度為50 70°C的烘箱中干燥10 16h，得到刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料。本實施方式制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料是由像刺猬形狀的三維納米帶組成的，這些納米帶是由許多長度為5um、直徑為150nm的納米棒組成。本發明刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料方法的原料價格低、裝置簡易，且操作簡單。所制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料，比表面積為4. 3 4. 5m2. g_\電化學儲氫性能較好，放電容量為203. 3 210mAh g_S 純度高達99% 100%，不需要純化處理。可應用于多種電池的電極材料中。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟一中K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 95 3. 05，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為I : I 10，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為 Ig 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig 11 14mL。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五不同的是步驟一中K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20與Na2SeO3的摩爾比為2 3，K(SbO) C4H4O6 ·0· 5H20與表面活性劑的質量比為 I 5，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與乙二醇的質量體積比為 Ig 148mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為Ig 73mL，K(SbO) C4H4O6*O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig : 13mL。其它與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
五至七之一不同的是步驟一中的表面活性劑檸檬酸或葡萄糖。其它與具體實施方式
五至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
五至七之一不同的是步驟二中的溫度為165 185°C、反應時間為17 19小時。其它與具體實施方式
五至七之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
五至七之一不同的是步驟三中的干燥溫度為55 65°C、干燥時間為12 15h。其它與具體實施方式
五至七之一相同。用以下試驗驗證本發明的有益效果試驗一本試驗的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法按以下步驟進行
一、稱取O. 135g K (SbO) C4H4O6 ·0· 5Η20、0· 086g Na2Se03、0. 6g檸檬酸、20mL 乙二醇、 IOmL水和2mL質量百分含量為85%的水合肼并混合均勻，得到混合溶液；二、將步驟一得到的混合溶液轉移至反應釜中，密封后放入烘箱中，在溫度為 180°C的條件下反應18小時；三、將反應釜取出后經冷卻到室溫，將得到的固態產物用無水乙醇洗滌，然后在溫度為60°C的烘箱中干燥12h，得到刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料。本試驗得到的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的X射線衍射圖譜如圖I所示，從圖I 可以看出，本試驗制備的刺狀Sb2Se3晶體為純相。本試驗得到的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料低倍率的掃描電鏡照片如圖2所示，從圖2可以看出，刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料是由像刺猬形狀的三維納米帶組成的，這些納米帶是由許多長度約為5um、直徑約為150nm的納米棒組成。本試驗得到的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料高倍率的掃描電鏡照片如圖3所示，從圖3可以看出，刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料中納米棒長度是150nm直徑是5um。將本試驗制備的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料在壓力為20Mpa的條件下壓到泡沫鎳薄片上作為陽極，陽極的長為12臟，厚度為1臟，以Ni (0H)2/Ni00H作為對電極，Hg/HgO作為參比電極，脫N2處理的6M的KOH溶液作為電解質溶液,在Land battery system (CT2001A) 上用三電極體系測試刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的放電容量，測試時保持電解質溶液的溫度為25°C，工作電極在50mA g—1電流密度下充電4h，間歇5s后在相同電流密度下放電得到的充放電曲線圖如圖4所示，其中a為充電的曲線，b為放電曲線，從圖4可以看出，該樣品放電容量高達203. 3mAh g—1，顯示了該樣品潛在的卓越儲氫能力。
權利要求
1.刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料，其特征在于刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料是由K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20、Na2SeO3、表面活性劑、乙二醇、水和質量百分含量為85%的水合肼采用溶劑熱合成法制成的刺狀的Sb2Se3 ;其中K(SbO)C4H4O6 ·0· 5H20與Na2SeO3的摩爾比為2 2. 9 3.1，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為 I : O. 5 11，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與乙二醇的質量體積比為Ig 145 150mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與水的質量體積比為 Ig 70- 75mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為 Ig : 10 15mL。
2.根據權利要求I所述的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料，其特征在于表面活性劑為檸檬酸或葡萄糖。
3.根據權利要求I或2所述的刺狀5132363半導體儲氫材料，其特征在于K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 95 3. 05，K (SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為I : I 10，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為 Ig 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig 11 14mL。
4.制備如權利要求I所述的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的方法，其特征在于刺狀 Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法按以下步驟進行一、按K (SbO) C4H4O6 ·0. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 9 3. UK(SbO) C4H4O6 ·0. 5H20 與表面活性劑的質量比為I : O. 5 11、K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為 Ig 145 150mL、K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為 Ig : 70 75mL、K(SbO) C4H4O6 ·0. 5Η20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig : 10 15mL的比例稱取K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20、Na2Se03、表面活性劑、乙二醇、水和質量百分含量為85%的水合肼并混合均勻，得到混合溶液；二、將步驟一得到的混合溶液轉移至反應釜中，密封后放入烘箱中，在溫度為160 190°C的條件下反應16 20小時；三、將反應釜取出后經冷卻到室溫，將得到的固態產物用無水乙醇洗滌，然后在溫度為 50 70°C的烘箱中干燥10 16h，得到刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料。
5.根據權利要求4所述的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法，其特征在于步驟一中 K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 2. 95 3. 05，K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為I : I 10，K(SbO)C4H4O6^O. 5H20與乙二醇的質量體積比為 Ig 146 149mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20 與水的質量體積比為 Ig : 71 74mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20與質量百分含量為85%的水合肼的質量體積比為Ig : 11 14mL。
6.根據權利要求4所述的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法，其特征在于步驟一中 K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 與 Na2SeO3 的摩爾比為 2 3，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20 與表面活性劑的質量比為I 5，K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與乙二醇的質量體積比為Ig 148mL, K(SbO) C4H4O6 · O. 5H20與水的質量體積比為Ig 73mL, K(SbO)C4H4O6 · O. 5H20與質量百分含量為 85%的水合肼的質量體積比為Ig 13mL。
7.根據權利要求4、5或6所述的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法，其特征在于步驟一中的表面活性劑檸檬酸或葡萄糖。
8.根據權利要求4、5或6所述的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法，其特征在于步驟二中的溫度為165 185°C、反應時間為17 19小時。
9.根據權利要求4、5或6所述的刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料的制備方法，其特征在于步驟三中的干燥溫度為55 65°C、干燥時間為12 15h。
全文摘要
刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料及其制備方法，本發明涉及一種半導體儲氫材料及其制備方法。本發明是要解決現有的碳納米管電化學儲氫材料對設備要求嚴格、能耗量大且產物需要純化的技術問題。刺狀Sb2Se3半導體儲氫材料由K(SbO)C4H4O6·0.5H2O、Na2SeO3、表面活性劑、乙二醇、水和水合肼用溶劑熱合成法制成。方法將K(SbO)C4H4O6·0.5H2O、Na2SeO3、表面活性劑、乙二醇、水和水合肼并混合后，進行水熱反應，再過濾、洗滌、干燥即得。該材料比表面積4.3～4.5m2.g-1，放電容量203.3～210mA·h·g-1，純度99％～100％，可用作電極材料。
文檔編號C01B19/04GK102583271SQ20121001940
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月21日 優先權日2012年1月21日
發明者孫帥, 鄧明達, 鄒賢, 金仁成, 閆春爽, 陳剛 申請人:哈爾濱工業大學