[发明专利]一种钛酸锰掺杂的氢化铝钠储氢材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种改善氢化铝钠储氢性能的材料，该材料由氢化铝钠和钛酸锰机械球磨制得。其初始放氢温度为75℃左右，第二步放氢温度在160℃左右，主要放氢在140℃~225℃区间内完成；加热到225℃时该复合储氢材料放出5.1 wt%~5.4 wt%的氢气。其制备方法包括：1）钛酸锰的制备；2）钛酸锰粉体掺杂的氢化铝钠储氢材料的制备。本发明具有以下优点：1、经掺杂后的氢化铝钠具有较低的放氢温度；2、放氢量较大；3、放氢的速度快；4、原料成本低廉、合成方法及工艺简单、安全可靠。该材料在储氢材料领域具有一定的应用前景。

技术领域

本发明涉及新能源材料的储氢材料的技术领域，具体是一种钛酸锰掺杂的氢化铝钠储氢材料的制备方法及应用。

背景技术

氢能由于其高效、清洁、可再生等特点，受到研究者的广泛关注。氢能的开发和利用涉及氢气的制备、储存、运输和应用等四大关键技术。由于氢气存在易燃、易爆、易扩散，以及常温常压下的体积能量密度低等问题，氢气的储存技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈。因此，发展高能量密度、高效率和安全性能高的储氢技术是当今亟需解决的关键问题。金属配位氢化物，因具有高的储氢容量，成为储氢材料研究和开发的重点。其中，氢化铝钠具有7.4 wt%的理论含氢量，是目前为数不多的可商业化生产的配位氢化物之一，其开发和应用价值较高。然而氢化铝钠的放氢温度较高（其第一步放氢温度为220℃、第二步放氢温度为250℃，第三步放氢则需要425℃以上）、放氢产物的再吸氢条件较苛刻（200~400℃，10~40 MPa）、放氢再吸氢速度较慢以及循环稳定性差，这些限制了其实际应用。

氢化铝钠的放氢再吸氢过程涉及晶体结构和化学键的破坏与重建，为了改善其储氢性能，研究者们展开了许多研究，常用的方法是催化剂掺杂和纳米化。催化氢化铝钠的催化剂有过渡金属卤化物、稀土卤化物、碳材料和含铝合金等，如Fan等以NaH和Al为原料在3MPa的氢压下高能球磨制备了铝氢化钠，然后分别用CeAl₄和CeCl₃对其掺杂，发现这两种催化剂的添加都能提高氢化铝钠的吸放氢性能，而掺杂了CeAl₄的氢化铝钠可逆储氢量要比掺杂CeCl₃的高，其中掺杂了CeAl₄的氢化铝钠的可逆储氢量在4.77~4.92 wt%之间[Fan X,Xiao X, Chen L, et al. Active species of CeAl₄ in the CeCl₃-doped sodiumaluminiumhydride and its enhancement on reversible hydrogen storageperformance[J]. Chemical Communications, 2009, 41(44):6857-6859.]。对氢化铝钠进行纳米化处理主要有两种手段，一是借助高能球磨获得纳米尺度的颗粒；二是借助特定的纳米多孔基体对氢化铝钠进行纳米限域，常用的对氢化铝钠进行纳米限域的基体有介孔SiO₂、介孔碳和金属有机框架化合物等。虽然已有的研究和开发工作取得了不少成果，但是氢化铝钠的综合储氢性能仍需进一步提高，且制备工艺的简便性和原料价格也有待降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善氢化铝钠储氢性能的方法，即通过固相反应制备的钛酸锰对铝氢化钠进行掺杂来实现。

实现本发明目的的技术方案是：

一种钛酸锰掺杂的氢化铝钠储氢材料制备方法，包括以下步骤：

步骤1）钛酸锰的制备，以碳酸锰和二氧化钛的摩尔质量比为（1~3）：1，将碳酸锰与二氧化钛粉末进行研磨混合，然后将混合物在一定条件下进行煅烧，得到钛酸锰；

步骤2）钛酸锰掺杂的氢化铝钠储氢材料的制备，分别称取一定质量的氢化铝钠和钛酸锰，并将铝氢化钠和钛酸锰在一定条件下进行球磨，得到钛酸锰掺杂的氢化铝钠储氢材料。