[发明专利]一种高活性化学链储氢材料及其制备方法

说明书

本发明公布了一种高活性化学链储氢材料及其制备方法，该材料采用溶剂热法制备，首先将FeCl₂·4H₂O，MgCl₂·6H₂O，AlCl₃·6H₂O和尿素，按1～3:1:1:7的摩尔比溶于甲醇中，所得溶液在高压釜中溶剂热处理，得到的产物真空干燥，得到具有层状双金属氢氧化物(LDH)结构的高活性化学链储氢材料。该材料采用化学链循环氧储氢原理，通过创造氧空位再由氧空位逆变产氢的方式间接储氢，理论上一个氧空位逆变得到两个氢，储氢密度是传统的氢空位储氢的两倍。该材料具有花瓣状LDH结构，比表面积大，为Fe³⁺提供更多的附着位点；材料中结晶态含铝层板的吸附作用，使得Mg²⁺、Fe³⁺均匀稳定分布的在层板中，使反应物可以充分的与活性中心接触，这些因素都大大提高了材料的反应活性。

技术领域

本发明涉及材料制备和化学链储氢领域，特别涉及一种高活性化学链储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢能的是一种燃烧热值大，无污染的可再生能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。有效利用氢能的关键是开发高效、可大规模应用的储氢技术。

目前常见的储氢技术分为物理储氢和化学储氢。物理储氢中的高压储氢和液压储氢，已经能够实现大规模商业化的氢能存储，但是高压带来的安全隐患依旧制约着这两种储氢技术的应用，除此之外，高压储氢和液压储氢还存在能耗高、占地面积大等缺点；化学储氢主要实施方式有储氢合金、金属氢化物和有机物储氢等。化学储氢材料具有储氢密度高、反应条件温和、安全性好等优点。但由于制备成本过高，化学储氢材料现在还处于实验室研究阶段，未见商业化报道。易污染环境等缺点也给化学储氢技术的推广带来困难。

化学链循环氧储氢技术是一种新型的储氢技术,它的创新之处在于利用氧空位间接储氢，因为一个氧空位对应两个氢，所以循环氧空位储氢材料的理论储氢密度是传统的氢空位储氢材料的两倍。以钴铁载氧体为例说明其储氢原理：

储氢过程：

释氢过程：

载氧体中的活性成分是铁氧化物。储氢过程中,铁氧化物中的氧与氢结合变成水,铁氧化物被还原为低价铁氧化物。每1个氧原子结合2个氢原子，对应产生一个氧空位。释氢过程中,1个氧空位裂解1分子水，水中的氧留在氧空位中，氢则以氢气的形式释放出来，同时低价铁氧化物被氧化,载氧体可以再次用于储氢，从而实现氢气的可逆储放。

如今，设计和制备高性能的化学链储氢材料是一项重要的课题。现有化学链储氢材料通常使用溶胶凝胶法、机械混合法、浸渍法等方法制备，这些方法制备的材料充放氢速率较低，储氢释氢耗时长。因此，研发高活性的化学链储氢材料的制备方法具有重要意义。

发明内容

技术问题：为了解决现有化学链储氢材料反应活性弱的问题，本发明提供一种高活性化学链储氢材料及其制备方法，制备的化学链储氢材料具有LDH结构，比表面积大，反应的活性中心分布均匀稳定，材料的反应活性大大提高。

技术方案：本发明的一种高活性化学链储氢材料化学式为Fe_xMgAlO_1.5X+2.5，其中1≤X≤3，该储氢材料具有花瓣状层状双金属氢氧化物(LayeredDoubleHydroxide,LDH)结构，储氢材料中层状层板由氧离子和金属离子通过静电作用结合形成。静电力作用下，金属离子在层状层板中形成均一稳定分布的活性中心。

其中：

所述金属离子为Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺。