[发明专利]一种钇/石墨烯改性的镁镍储氢复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钇/石墨烯改性的镁镍储氢复合材料的制备方法，通过将草酸钇溶液与氧化石墨混合，草酸根离子通过水解形成草酸，而Y⁺³离子均匀地附着在氧化石墨表面，混合液体经冷冻，使水解形成的草酸和溶剂均成为固态，通过加热将冷冻后的固态草酸和冰升华，获Y⁺³/氧化石墨复合体，且Y⁺³均匀地分布在氧化石墨上，通过将Y⁺³还原为Y单质，使Y晶体形核和生长，通过将Y/石墨烯复合体与镁粉和镍粉混合，制备出镁镍Y/石墨烯储氢复合材料。本发明制备出的镁基Y/石墨烯储氢复合材料可降低石墨烯与氢原子的结合能，改善石墨烯储氢性能；纳米金属Y分布在镁镍合金中，能减小集氢活化能，加快复合材料集氢、放氢速率，改善储氢动力学。

技术领域

本发明属于储氢材料制备领域，具体涉及一种钇/石墨烯改性的镁镍储氢复合材料的制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的基础，传统化石燃料的使用带来了严重的环境污染。而氢气作为一种可再生能源，具有无碳、绿色、环保等优点，有望取代传统化石能源。然而，氢气的储存是氢能发展的瓶颈。由于氢气的液化条件苛刻(温度需小于-253℃)，液态储氢成本高。因此，固态储氢受到了许多学者关注。镁合金因具有高储氢容量(7.6wt.％)、良好可逆性、低成本和高效益等优势,被认为是最有前景的固态储氢材料之一。基于此，各种镁基储氢材料被相继提出和制备，如镁的合金化(MgAl、MgNi、MgPd)、纳米化(纳米MgH₂)、复合化(Mg/纳米Ni颗粒/石墨烯)和金属有机框架(MOF结构)等。上述储氢材料在一定程度上减小了氢化镁的结合能，故降低了吸氢和解吸时的温度。然而，氢分子溶解成氢原子时较高的活化能、氢化镁形核和生长时较低的反应速率、吸氢过程中氢原子通过MgH₂层时较低的扩散速率以及MgH₂在高温(>300℃)脱氢时引起的镁晶粒粗化等，这些问题限制了吸氢和解吸温度的进一步优化以及吸氢和解吸动力学特性的改善。因此，为了解决上述问题，本文提供了一种Y/石墨烯改善的镁镍储氢材料和它的制备方法。由于金属镍廉价、易得，且Ni元素掺杂的镁基合金，不仅降低了氢化物镁的稳定性，还可以改善吸放氢条件、优化储氢成本，故受到广泛关注。但是，镁镍合金的储氢效率相对较低，而且金属镁晶粒在加热放氢过程中易粗化，循环稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种钇/石墨烯改性的镁镍储氢复合材料的制备方法，得到的Y/石墨烯改性的镁镍复合材料能加速集氢、放氢速率，改善储氢动力学(效率)。同时可有效抑制放氢过程中因温度过高而引起的镁基体晶粒长大，进而维持集氢、放氢循环稳定性。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，准备氧化石墨、草酸钇溶液和镁粉，草酸钇溶液的浓度为2.03mol/L，每0.01L草酸钇溶液准备质量为10-15g的氧化石墨、80-90g的镁粉和5-10g的镍粉；

步骤二，在草酸钇溶液中加入氧化石墨，混合均匀后得到混合液A；

步骤三，将混合液A冷冻为固态，再加热，使水和草酸升华，得到Y⁺³/氧化石墨复合体，将Y⁺³/氧化石墨复合体加热，使氧化石墨还原为石墨烯，使Y⁺³还原为Y单质，得到Y/石墨烯复合体；

步骤三，将Y/石墨烯复合体与镁粉和镍粉混合，制备出镁镍Y/石墨烯储氢复合材料。

步骤一中，氧化石墨的纯度为99％。

步骤二中，混合时采用超声波振动混合，振动时间为45min。

步骤三中，冷冻在冷冻干燥箱内冷冻，冷冻温度为-10～-15℃。

步骤三中，使水和草酸升华是在4.5×10^-3～1.0×10^-2Pa真空度的下，加热温度为150-200℃。