[发明专利]一种高效吸附氢气的硼碳氮纳米带材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高效吸附氢气的硼碳氮纳米带材料的制备方法，包括以下步骤：(1)硼酸和三聚氰胺按4:1～1:4比例混合，加入去离子水，充分溶解成透明溶液，再保持一定时间后在室温下自然结晶形成M·2B白色物质；(2)将上述的白色物质经过过滤滤去剩余溶剂形成湿前驱体，将湿前驱体置入烘箱中干燥得到块状干前驱体，再将块状干前驱体研磨成粉；(3)将上述的干前驱体粉末置于一定气氛中，以一定升温速率升温至一较低的温度并保持一段时间后自然降温，即得到硼碳氮纳米带材料。本发明制备的硼碳氮材料具有高效的氢气吸附性能，极大地克服现有储氢材料在常温常压条件下氢吸附量较低的问题，并且原料廉价易得，方法简单易行，适合工业大规模生产。

技术领域

本发明涉及氢气吸附存储材料技术，特别涉及一种高效吸附氢气的硼碳氮纳米带材料及其制备方法。

技术背景

高效的氢气吸附存储材料是目前氢燃料电池产业配套的技术瓶颈之一。氮化硼(BN)材料具有较好的物理化学稳定性、高比表面积等特点，是一种很有潜力的吸附剂，在水污染处理、重金属吸附分离以及抗生素代谢污染的吸附等领域都很有成效，其对氢气的吸附能力也受到极大地关注。

目前已近有大量的BN以及改性或掺杂BN材料的制备和氢气吸附性能的公开报道。为了提高氢气的吸附量，大多报道中均采用高压(例如10-100bar)条件下吸附氢气，也有在极低温度(例如-196℃)下操作来增大吸附量的报道。常温常压下BN材料的氢气吸附性能通常不够好。有报道多孔粘土纳米管上负载BN纳米颗粒可以在50℃常压氢气吹扫下获得2.88wt.％的氢气吸附量(Renewable Energy,2016,90， 554-564)，这是迄今为止近常温并且常压条件下BN材料上吸附氢气的最好结果。常压或较低的压力会明显降低对吸附的装置要求，也适用于一些低压氢源的非压缩直接利用，操作费用和能耗都会降低，开发常温常压下就能吸附大量氢气的材料显然十分具有经济前景。

在考虑材料的氢气吸附能力以外，还需要考虑吸附材料合成的成本问题。传统工业上制备BN一般采用1400℃以上的高温进行焙烧再在 1800℃以上烧结(US 7297317 B2)，但这种商业氮化硼不仅制备过程中能耗大，而且颗粒大小在微米级，吸附能力较弱，不适合作为吸附剂来使用。另外一种较常见的BN制备方法是采用低温高压法，氮源一般采用高反应性的叠氮化钠或氨基钠等，虽然可以合成出大比表面积吸附性能较高的BN，但原料有毒易爆，操作压力高，装置要求也高，不利于大规模的生产。因此采用常规反应原料在相对较低的温度和常压下合成高氢气吸附性能的BN材料有很高的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在常温常压下具备很高的吸附和储存氢气能力的掺杂BN(即硼碳氮纳米带)材料的制备方法，采用常规反应原料在相对较低的温度和常压下可以大规模低能耗的生产。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制备的硼碳氮纳米带材料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高效吸附氢气的硼碳氮纳米带材料的制备方法，包含以下步骤：一种高效吸附氢气的硼碳氮纳米带材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)硼酸和三聚氰胺按4:1～1:4比例混合，加入去离子水，充分溶解成透明溶液，再保持一定时间后在室温下自然结晶形成M·2B 白色物质；

(2)将上述的白色物质经过过滤滤去剩余溶剂形成湿前驱体，将湿前驱体置入烘箱中干燥得到块状干前驱体，再将块状干前驱体研磨成粉；

(3)将上述的干前驱体粉末置于一定气氛中，以一定升温速率升温至一较低的温度并保持一段时间后自然降温，即得到硼碳氮纳米带材料。

上述步骤(1)中，所述的硼酸与三聚氰胺的摩尔比为2:1。

上述步骤(1)中，所述的去离子水的量符合以下条件，硼酸充分溶解后硼酸浓度在0.03～0.48mol/L，以有利于形成M·2B白色物质。