一种储氢材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及储氢材料技术领域，具体涉及一种储氢材料及其制备方法。


背景技术：

2.氢能作为一种高效、清洁且可再生的二次能源，为解决能源短缺、环境污染等全球性问题提供了有效的途径和方法。氢能的开发利用是一项庞大的工程，主要包括制氢、储氢、运输和应用四个环节。其中，氢的储存和运输是规模化应用的技术瓶颈，也是核心问题，而在常温下，氢以气态的形式存在，具有燃烧、爆炸等特征，给氢的储存和运输带来了很大的问题。因此，寻找一种大容量的固体储氢介质成为目前的重要任务。
3.在目前候选材料中，alh3因其氢体积大(149g h2/l)、氢含量高(10.1wt％)而受到广泛关注，并被广泛应用于车载系统和火箭推进剂的添加剂中。研究表明，alh3至少有7种晶体型，分别是非溶剂型固体(α-、α
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、β-、γ-、δ-和ε-alh3)和溶剂型固体(δ-alh3)，其中α-alh3具有良好的热力学稳定性，被广泛研究。文献报道α-alh3会在150℃-200℃温度范围内开始释放氢气，目前仍处于较高水平。遗憾的是其放氢温度过高，限制了实际应用。
4.专利文献cn115159451a《一种氢化铝/硼氢化镁@mxene复合储氢材料的制备方法》(公开日为2022年10月11日)中公开了一种储氢材料，该储氢材料在60℃下开始放氢，最终放氢量可达12.9wt％。但是该储氢材料的放氢温度较低，反而不易保存，且放氢过程控制较为困难。
5.综上，如何获取一种放氢量大且放氢温度适中的固体储氢介质，已经成为本领域迫切解决的问题。


技术实现要素：

6.为了解决以上问题，本发明提出了一种储氢材料及其制备方法。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种储氢材料，所述储氢材料为掺杂金属碳材料的氢化铝，所述金属碳材料为bi@c。
9.优选地，所述金属碳材料的含量为3wt.％～7wt.％。
10.优选地，所述金属碳材料的含量为5wt.％。
11.一种如上所述的储氢材料的制备方法，包括以下步骤：
12.s1、将均苯三甲酸和五水合硝酸铋加入无水甲醇中，在反应釜中反应完全；
13.s2、反应完成后过滤收集放入烘箱中干燥，得到金属有机骨架材料bi-mof；
14.s3、将bi-mof放入管式炉中，在氩气、氮气或二者的混合气氛下升温至特定温度，煅烧后得到金属碳材料bi@c；
15.s4、按比例称取将氢化铝和bi@c，加入球磨机中进行球磨，得到掺杂金属碳材料的氢化铝储氢材料。
16.优选地，所述均苯三甲酸和五水合硝酸铋的质量比为5:1。
17.优选地，步骤s1中所述反应的温度为100℃～140℃，反应时间为12h～24h。
18.优选地，步骤s3中所述升温的速率为2℃/min～3℃/min，所述特定温度为500℃～700℃。
19.优选地，所述的机械球磨的转速为200rpm～500rpm，所述机械球磨的球料比为10～100：1。
20.优选地，所述的机械球磨的转速为300rpm～400rpm，所述机械球磨的球料比为30～70：1。
21.与现有技术相比，本发明的具体有益效果为：
22.1.本发明提供的储氢材料为掺杂金属碳材料的氢化铝，由于金属碳材料是由金属有机骨架材料衍生的，具有比表面积大，孔隙多等特点，使其在催化方面具有独特的作用，采用该方法改性的氢化铝储氢材料的初始放氢温度得到了适当程度的降低，降低至80.4℃，放氢温度适中，能够同时满足保存过程和实际应用的要求，且放氢速率有所加快。
23.2.本发明提供的储氢材料制备方法，由于所添加的金属碳材料易于制备，且添加量少，成本较低；采用机械球磨的方法进行催化剂的掺杂，工艺过程简单，操作简便，危险性较低，适合工业化生产。
附图说明
24.图1为实施例中制备的储氢材料的非等温放氢曲线示意图；
25.图2为实施例中制备的储氢材料的等温(120℃)放氢曲线示意图；
具体实施方式
26.为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本发明的技术方案，而不应理解为对本发明的限制。
27.实施例1.
28.s1、将1.5g均苯三甲酸和0.3g五水合硝酸铋加入60ml无水甲醇中，在反应釜中在120℃下反应24h；
29.s2、反应完成后过滤收集放入烘箱中干燥，得到金属有机骨架材料bi-mof；
30.s3、将bi-mof放入管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升至600℃，煅烧1h后得到金属碳材料bi@c；
31.s4、分别称取0.57g的alh3和0.03g的bi@c，将称好的样品和30g不锈钢球放入球磨罐中进行机械球磨，球磨转速为350rpm，球磨气氛为氩气，球磨时间为2h，球磨之后得到含5wt.％bi@c的氢化物储氢材料。
32.实施例2.
33.s1、将1.5g均苯三甲酸和0.3g五水合硝酸铋加入60ml无水甲醇中，在反应釜中在120℃下反应24h；
34.s2、反应完成后过滤收集放入烘箱中干燥，得到金属有机骨架材料bi-mof；
35.s3、将bi-mof放入管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升至600℃，煅烧1h后得到金属碳材料bi@c；
36.s4、分别称取0.582g的alh3和0.018g的bi@c，将称好的样品和30g不锈钢球放入球磨罐中进行机械球磨，球磨转速为350rpm，球磨气氛为氩气，球磨时间为2h，球磨之后得到含3wt.％bi@c的氢化物储氢材料。
37.实施例3.
38.s1、将1.5g均苯三甲酸和0.3g五水合硝酸铋加入60ml无水甲醇中，在反应釜中在120℃下反应24h；
39.s2、反应完成后过滤收集放入烘箱中干燥，得到金属有机骨架材料bi-mof；
40.s3、将bi-mof放入管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升至600℃，煅烧1h后得到金属碳材料bi@c；
41.s4、分别称取0.558g的alh3和0.042g的bi@c，将称好的样品和30g不锈钢球放入球磨罐中进行机械球磨，球磨转速为350rpm，球磨气氛为氩气，球磨时间为2h，球磨之后得到含7wt.％bi@c的氢化物储氢材料。
42.对实施例1～3得到的储氢材料分别进行等温和非等温放氢测试，得到的等温和非等温放氢脱附谱图分别如图1和图2所示，将数据整理成表格，分别如表1和表2所示，可以看出，添加5wt.％的bi@c可以显著降低氢化铝的放氢温度，将氢化铝的初始放氢温度从142.0℃降低至80.4℃，且放氢量可达7.99wt％。同时，bi@c催化剂可以加快氢化铝的放氢速率。
43.表1
44.类别初始放氢温度(℃)放氢总量(wt.％)α-alh3142.09.01球磨α-alh3120.28.90+3wt.％bi@c87.08.48+5wt.％bi@c80.47.99+7wt.％bi@c122.27.94
45.表2
46.类别20分钟的放氢量(wt.％)40分钟的放氢量(wt.％)α-alh30.361.38球磨α-alh32.514.74+3wt.％bi@c3.866.16+5wt.％bi@c3.535.38+7wt.％bi@c2.564.92

技术特征：
1.一种储氢材料，其特征在于，所述储氢材料为掺杂金属碳材料的氢化铝，所述金属碳材料为bi@c。2.根据权利要求1所述的储氢材料，其特征在于，所述金属碳材料的含量为3wt.％～7wt.％。3.根据权利要求1所述的储氢材料，其特征在于，所述金属碳材料的含量为5wt.％。4.一种如权利要求1-3中任一项所述的储氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将均苯三甲酸和五水合硝酸铋加入无水甲醇中，在反应釜中反应完全；s2、反应完成后过滤收集放入烘箱中干燥，得到金属有机骨架材料bi-mof；s3、将bi-mof放入管式炉中，在氩气、氮气或二者的混合气氛下升温至特定温度，煅烧后得到金属碳材料bi@c；s4、按比例称取将氢化铝和bi@c，加入球磨机中进行球磨，得到掺杂金属碳材料的氢化铝储氢材料。5.根据权利要求4所述的储氢材料制备方法，其特征在于，所述均苯三甲酸和五水合硝酸铋的质量比为5:1。6.根据权利要求4所述的储氢材料制备方法，其特征在于，步骤s1中所述反应的温度为100℃～140℃，反应时间为12h～24h。7.根据权利要求4所述的储氢材料制备方法，其特征在于，步骤s3中所述升温的速率为2℃/min～3℃/min，所述特定温度为500℃～700℃。8.根据权利要求4所述的储氢材料制备方法，其特征在于，所述的机械球磨的转速为200rpm～500rpm，所述机械球磨的球料比为10～100：1。9.根据权利要求4所述的储氢材料制备方法，其特征在于，所述的机械球磨的转速为300rpm～400rpm，所述机械球磨的球料比为30～70：1。

技术总结
一种储氢材料及其制备方法，涉及储氢材料技术领域，所述储氢材料为放氢量大且放氢温度适中的固体储氢介质。所述储氢材料为掺杂金属碳材料的氢化铝，所述金属碳材料为Bi@C，所述金属碳材料的含量为3wt.％～7wt.％，所述金属碳材料的含量为5wt.％。制备方法包括：将均苯三甲酸和五水合硝酸铋加入无水甲醇中，在反应釜中反应完全；反应完成后过滤收集放入烘箱中干燥，得到金属有机骨架材料Bi-MOF；将Bi-MOF放入管式炉中，在氩气、氮气或二者的混合气氛下升温至特定温度，煅烧后得到金属碳材料Bi@C；按比例称取将氢化铝和Bi@C，加入球磨机中进行球磨，得到掺杂金属碳材料的氢化铝储氢材料。料。料。


技术研发人员：王清爽 赵远 程勇 刘万强 尹东明 王立民 梁飞 李守良 任明安
受保护的技术使用者：河南纳宇新材料有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/13