[发明专利]一种含催化剂的碳包覆Mg基储氢材料及其制备方法

权利要求书

1.一种含催化剂的碳包覆镁基储氢材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将作为催化剂的金属锭置于等离子体设备反应腔室的铜坩埚上，将Mg块放置在反应腔室内的电阻加热台上；

(2)关闭反应腔室，对反应腔室抽真空；

(3)向反应腔室中充入氢气、氩气和甲烷，其中，氢气占反应腔室总气体的0.1vol％～50vol％，甲烷占反应腔室总气体的0.001vol％～5vol％，反应腔室内总压强为0.05MPa～0.1MPa；

(4)打开电阻加热台电源，通过电阻加热台对Mg块进行加热；待Mg开始蒸发后，启动等离子电源，通过等离子电弧对作为催化剂的金属锭进行加热蒸发，等离子弧加热产生的金属蒸气与电阻加热台加热产生的Mg蒸气在冷凝过程中相互碰撞，形成原子团簇，并进一步形核、长大成复合纳米颗粒，在等离子弧区，甲烷分解产生碳和氢，所述碳对冷凝过程中的复合纳米颗粒进行包覆，以限制其进一步生长；

(5)待Mg及催化剂金属稳定蒸发后，打开循环泵，在循环气流的作用下，冷凝形成的碳包覆复合纳米颗粒被输送到过滤筒中，反应一定时间后，关闭等离子和电阻加热台电源，停止反应；

(6)收集过滤筒中的样品，得到含催化剂的碳包覆Mg基纳米储氢材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，作为催化剂的金属锭可以为金属单质锭或合金锭。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，金属单质锭为V、Nb、Ti、Zr、Co、Ni、Al或Mn，合金锭为Ti-Zr合金、Nb-V合金、Co-Ni合金或Ti-V合金。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过调节电阻加热台上Mg块的质量和电阻加热台温度，制备得到Mg颗粒尺寸小于20nm的复合纳米储氢材料。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含催化剂的碳包覆Mg基纳米储氢材料中金属催化剂颗粒尺寸小于10nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含催化剂的碳包覆Mg基纳米储氢材料中碳包覆层厚度在5nm以下。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中充入所有气体后，氢气占反应腔室总气体的10vol％～30vol％；甲烷占反应腔室总气体的0.01vol％～0.2vol％；反应腔室内总压强为0.08MPa～0.1MPa。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中Mg及催化剂金属稳定蒸发时，电阻加热台表面温度为450℃～900℃，等离子体电流为40A-300A，电弧中心温度为3000℃～5500℃。

9.根据权利要求1-8之一所述的制备方法，其特征在于，得到的含催化剂的碳包覆Mg基纳米储氢材料为Mg₉₈V₂@C，Mg₉₂V₈@C，Mg₇₅V₂₅@C或Mg₉₂Nb₈@C复合纳米颗粒，所述复合颗粒中金属催化剂V或Nb镶嵌于Mg纳米颗粒表面，并在复合颗粒表面包覆有厚度小于5nm的超薄碳层。

10.一种由权利要求1-8之一所述制备方法得到的含催化剂的碳包覆Mg基纳米储氢材料，其特征在于，所述含催化剂的碳包覆Mg基纳米储氢材料为Mg₉₈V₂@C，Mg₉₂V₈@C，Mg₇₅V₂₅@C或Mg₉₂Nb₈@C复合纳米颗粒，所述复合颗粒中金属催化剂V或Nb镶嵌于Mg纳米颗粒表面，复合颗粒表面包覆有厚度小于5nm的超薄碳层。