[发明专利]一种表面改性处理的Mg‑Ni‑La系贮氢电极合金及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种贮氢电极合金及其制备方法与应用，尤其涉及一种表面改性处理的Mg-Ni-La系贮氢电极合金及其制备方法与应用，属于金属功能材料技术领域。

背景技术

镁基电极合金理论电化学容量达1000mAhg^-1，拥有储氢量大、密度低、含量丰富和价格低廉等优点。镁基电极合金的核心问题是如何提高其循环稳定性。近20年来，尽管镁基贮氢合金作为电极材料得到了广泛深入的研究和极其迅速的发展，但其苛刻的吸放氢条件(吸放氢温度高、动力学性能差)和电极寿命短(耐腐蚀性能低等)等缺点阻碍了它的实际应用。众多研究表明：镁基储氢合金的循环容量衰退与其在碱液中的腐蚀有着紧密的联系，尤其是作为吸氢元素Mg的腐蚀和作为提高电催化活性元素Ni的腐蚀是导致容量不断损失的主要原因。

石墨烯是具有单层片状结构的二维材料，根据《Science》(Xuesong Li,Weiwei Cai,Jinho An,et al.Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils[J].Science,2009,324，5932:1312-1314.)报导：石墨烯具有高的热稳定性、化学稳定性且环境友好，并且能在金属表面与活性介质之间形成物理屏蔽层，阻隔水分子、氧气和离子等腐蚀因素到达金属表面；纳米金属颗粒，特别是一些贵金属纳米量子点如Au、Pd、Pt、Ag等和铁磁性纳米金属颗粒如Ni、Co、Fe等因具有重要的潜在应用而得到广泛关注。已有文献(Si Y.C,Samulski E T,Synthesis of Water Soluble Graphene[J].Nano Lett.2008,8:1679-1683.)报导通过物理或化学的方法将石墨烯与金属纳米粒子组合成复合材料，作为分隔剂，这些纳米粒子不仅可以有效阻止石墨烯片层间的团聚，而且可以维持其优异的物理、化学性能；作为填料，这些金属纳米粒子更可以改善甚至增强石墨烯－金属纳米粒子复合材料的性能，达成纳米金属粒子和石墨烯协同增强的双赢效果。Kumar等(C.M.Praveen Kumar,T.V.Venkatesha,Rajashekhara Shabadi,Preparation and corrosion behavior of Ni and Ni–graphene composite coatings,Materials Research Bulletin[J].2013，48(4)：1477-1483.)利用电沉积的方法在低碳钢的表面镀上了Ni/石墨烯复合涂层，通过Tafel外推法、动电位扫描、交流阻抗等电化学测试发现，Ni/石墨烯复合涂层表现出了比纯Ni更好的抗腐蚀性能。Chen等(Chen C.H,Chung T.Y,Shen C.C,et al.Hydrogen storage performance in palladium-doped graphene/carbon composites,Int.J.Hydrog.Energy[J].2013,38:3681-3688.)结合Pd纳米颗粒与石墨烯材料，制成二维石墨烯纳米片，与活性炭材料混合后生成一种全新的储氢材料，该储氢材料的储氢量在压力为10MPa状态下可以达到0.82％(质量分数)，相较于单纯的钯纳米材料提升了近49％；武汉理工大学的雷芸等(雷芸，陈菲菲，李容。银-石墨烯复合材料的原位制备及性能研究，硅酸盐通报[J].2014,33(1)：23-26)通过功能离子预吸附的方式制备出石墨烯和石墨烯/Ag复合材料，通过循环伏安测试得到两者比电容为12.57F/g和47.41F/g，显然石墨烯/Ag复合材料的比电容比单纯石墨烯高很多。南京理工大学的徐超等(Xu C,Wang X,Zhu J W.Fabrication of flexible metal-nanoparticle films using graphene oxide sheets as substrates,J.Phys.Chem.C[J].2012,112(50):19841-19848.)首次利用石墨烯氧化物制备了石墨烯-金属(Au、Pt、Pd)纳米复合物，研究结果表明：制备的石墨烯/Pt复合物可作为直接甲醇燃料电池的阳极催化剂，该研究打开了制备石墨烯-纳米颗粒复合物的新局面。但检索发现，有关利用石墨烯负载金量子点改性Mg-Ni-La系贮氢电极合金的方法及其产品与应用还未见报道。

发明内容