本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)氫材料用催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于儲(chǔ)氫材料及其制備。

背景技術(shù)：

1、氫能憑借其高能量密度、高燃燒熱值以及清潔無(wú)污染的顯著優(yōu)勢(shì)，已成為一種前景極為廣闊的可再生能源。然而，氫氣運(yùn)輸環(huán)節(jié)面臨諸多挑戰(zhàn)，是目前氫能實(shí)現(xiàn)更廣泛應(yīng)用及深入發(fā)展的主要瓶頸。固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)以其高密度、高安全性以及便捷性等特性，被公認(rèn)為是相較于壓縮氣態(tài)儲(chǔ)氫或液態(tài)儲(chǔ)氫而言，更具潛力的一種選擇。

2、鎂（mg）作為一種儲(chǔ)氫材料，具備高儲(chǔ)氫容量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)7.6%）、低成本以及環(huán)境友好等突出特點(diǎn)，在儲(chǔ)氫材料領(lǐng)域引發(fā)了廣泛關(guān)注。但是，mg/mgh2體系存在操作溫度偏高以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了其在工業(yè)及民用領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

3、催化、納米化以及合金化被廣泛認(rèn)為是優(yōu)化鎂基儲(chǔ)氫材料性能的有效策略。在這些策略中，添加少量催化劑是最為簡(jiǎn)便且高效的方法之一。由于過(guò)渡金屬得電子時(shí)d軌道中價(jià)電子的依次填充，賦予了它們對(duì)這些mg基儲(chǔ)氫材料出色的催化效率。鎳（ni）作為一種過(guò)渡金屬元素，具有可與氫的反鍵軌道相互作用的d軌道，在吸放氫過(guò)程中能生成mg2nih4/mg2ni，有效促進(jìn)氫的擴(kuò)散，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效果。因此，提供一種含ni的催化劑，用于進(jìn)一步改善mg的熱/動(dòng)力學(xué)性能是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料放氫溫度高以及低溫動(dòng)力學(xué)緩慢等問(wèn)題，提供一種儲(chǔ)氫材料用催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的目的之一是提供一種儲(chǔ)氫材料用催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

4、（1）將六水合氯化鎳溶解在混合溶劑中，加入聚醚p123、聚醚p127、鹽酸多巴胺和1,3,5-三甲苯，室溫下攪拌均勻，然后加入氨水，攪拌，得到前驅(qū)體溶液，離心，過(guò)濾，干燥，得到前驅(qū)體粉末；

5、（2）在惰性氣體氣氛下煅燒處理前驅(qū)體粉末，得到儲(chǔ)氫材料用催化劑，命名為ni@css。

6、進(jìn)一步限定，（1）中混合溶劑由水和乙醇按照體積比為1:1配置而成。

7、進(jìn)一步限定，（1）中六水合氯化鎳、聚醚p123、聚醚p127和鹽酸多巴胺的質(zhì)量比為（1.19~4.75）：1：3：6。

8、進(jìn)一步限定，（1）中1,3,5-三甲苯、氨水和混合溶劑的體積比為1：1：25。

9、進(jìn)一步限定，（2）中惰性氣體為氬氣。

10、進(jìn)一步限定，（2）中煅燒處理過(guò)程為：350℃下保溫2h，升溫至800℃保溫2h。

11、本發(fā)明的目的之二是提供一種上述方法制備得到的儲(chǔ)氫材料用催化劑ni@css粉末，該儲(chǔ)氫材料用催化劑ni@css粉末是直徑為300~600nm的球狀顆粒。

12、本發(fā)明的目的之三是提供一種復(fù)合儲(chǔ)氫材料，該復(fù)合儲(chǔ)氫材料以?xún)?chǔ)氫材料用催化劑ni@css粉末和mg粉末為原料制備得到。

13、進(jìn)一步限定，mg粉末是尺寸為200目的球狀顆粒。

14、進(jìn)一步限定，ni@css粉末在復(fù)合儲(chǔ)氫材料中占比為2.5~3.5wt.％。

15、本發(fā)明的目的之四是提供一種上述復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，該方法為：在保護(hù)氣氛下，采用間歇球磨方式將ni@css粉末和mg粉末進(jìn)行機(jī)械混合得到。

16、進(jìn)一步限定，間歇球磨方式具體為每球磨5min，停歇10min，總球磨時(shí)長(zhǎng)為3~5h，球料比為40:1，球磨轉(zhuǎn)速為300~500rpm。

17、有益效果：

18、本發(fā)明以六水合氯化鎳、聚醚p123、聚醚p127、鹽酸多巴胺、1,3,5-三甲苯和氨水為原料制備得到以碳為載體包裹單質(zhì)ni納米顆粒的催化劑。該催化劑通過(guò)球磨法應(yīng)用于mg基儲(chǔ)氫材料中，能夠均勻分散在mg表面，且在球磨混合過(guò)程中，碳載體還能夠充當(dāng)研磨助劑，抑制mg粉團(tuán)聚，促進(jìn)mg和ni之間的更好結(jié)合的同時(shí)，提高mg粉儲(chǔ)氫的循環(huán)性能。且采用該催化劑與商業(yè)mg粉末復(fù)合得到的儲(chǔ)氫材料，在吸放氫過(guò)程中原位生成的mg2nih4/mg2ni繼承了ni納米顆粒的超細(xì)尺寸和均勻分散性，作為“氫泵”加速了mg儲(chǔ)氫動(dòng)力學(xué)，在mg的氫吸收和解吸循環(huán)中表現(xiàn)出高活性，可將商業(yè)mg粉末的初始放氫溫度降至225℃。在330℃下，僅需4min便可釋放5wt.%的氫氣。與此同時(shí)，放氫活化能僅為77.48kj/mol。經(jīng)過(guò)十次循環(huán)后，容量保持率高達(dá)93.5％。此外，本發(fā)明提供的復(fù)合儲(chǔ)氫材料制備工藝簡(jiǎn)單成熟，且原料廉價(jià)易得，僅需添加少量的ni@css即可大幅改善mg的儲(chǔ)氫性能，便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種儲(chǔ)氫材料用催化劑的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，（1）中混合溶劑由水和乙醇按照體積比為1:1配置而成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，（1）中六水合氯化鎳、聚醚p123、聚醚p127和鹽酸多巴胺的質(zhì)量比為（1.19~4.75）：1：3：6。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，（1）中1,3,5-三甲苯、氨水和混合溶劑的體積比為1：1：25。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，（2）中惰性氣體為氬氣。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，（2）中煅燒處理過(guò)程為：350℃下保溫2h，升溫至800℃保溫2h。

7.一種權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的方法制備得到的儲(chǔ)氫材料用催化劑ni@css粉末，其特征在于，ni@css粉末是直徑為300~600nm的球狀顆粒。

8.一種復(fù)合儲(chǔ)氫材料，其特征在于，以權(quán)利要求7所述的儲(chǔ)氫材料用催化劑ni@css粉末和mg粉末為原料制備得到。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合儲(chǔ)氫材料，其特征在于，ni@css粉末在復(fù)合儲(chǔ)氫材料中占比為2.5~3.5wt.％。

10.一種權(quán)利要求9所述的復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，其特征在于，在保護(hù)氣氛下，采用間歇球磨方式將ni@css粉末和mg粉末進(jìn)行機(jī)械混合得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種儲(chǔ)氫材料用催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于儲(chǔ)氫材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料放氫溫度高以及低溫動(dòng)力學(xué)緩慢等問(wèn)題。本發(fā)明以六水合氯化鎳、聚醚P123、聚醚P127、鹽酸多巴胺、1,3,5?三甲苯和氨水為原料制備得到以碳為載體包裹單質(zhì)Ni納米顆粒的催化劑。該催化劑通過(guò)球磨法應(yīng)用于Mg基儲(chǔ)氫材料中，在球磨混合過(guò)程中，碳載體還能夠充當(dāng)研磨助劑，抑制Mg粉團(tuán)聚，促進(jìn)Mg和Ni之間的更好結(jié)合的同時(shí)，提高M(jìn)g粉儲(chǔ)氫的循環(huán)性能。且在吸放氫過(guò)程中原位生成的Mg<subgt;2</subgt;NiH<subgt;4</subgt;/Mg<subgt;2</subgt;Ni繼承了Ni納米顆粒的超細(xì)尺寸和均勻分散性，在Mg的氫吸收和解吸循環(huán)中表現(xiàn)出高活性。

技術(shù)研發(fā)人員：熊亮,高秉陽(yáng),程勇,王春麗,孫皓天,尹東明,韓直亞,張振華,原建光,王立民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28