[发明专利]一种Pt-GO-MW一次溢流体及其复合储氢材料的制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种Pt‑GO‑MW一次溢流体，Pt粒子负载在氧化石墨烯表面，Pt粒子的尺寸为10‑50nm，氧化石墨烯表面存在大量直径为10‑100nm的纳米孔洞。其制备方法包括步骤：Pt‑GO的水热反应合成；Pt‑GO的微波造孔。提供了一种微波造孔方法，将金属粒子负载于氧化石墨烯表面进行微波处理，利用微波与金属粒子的耦合作用，使金属粒子迅速升温实现区域高速运动，在氧化石墨烯表面制造大量纳米孔洞。提供了一种UIO‑66/Pt‑GO‑MW复合储氢材料的制备方法，以氯化锆、对苯二甲酸和甲酸与Pt‑GO‑MW一次溢流体经水热反应和处理后制得。作为储氢材料的应用，在吸附温度为298K，压力为40Bar的条件下，氢气吸附量为0.66wt%。本发明通过提高氢溢流的效率，显著提高了复合储氢材料的常温储氢性能。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种Pt-GO-MW一次溢流体及其复合储氢材料的制备方法和应用。

技术背景

随着工业的发展和人们物质生活水平的提高，人类对能源的需求与口俱增。由于近几十年来使用的能源主要来自化石燃料(如煤、石油、天然气等)，其使用不可避免地会污染环境，再加上其储量有限，因此寻找可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。因此，开发具有高性能的储氢材料是目前储氢领域面临的关键问题之一。

金属有机骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs）正是在此情况下应运而生的一类新的储氢材料。考虑到从实际应用角度出发，储氢材料必须在温和条件下储存尽可能多的氢。然而，由于以物理吸附为机制的 MOFs 与氢气之间的结合力较弱，因此仅能在低温（如 77K、87K）下表现出较好的储氢性能，而室温储氢量一般小于 1.0 wt%，远低于美国能源部（DOE）制定的商业化指标。因此，如何改善 MOFs 在温和条件下的储氢性能更是当前人们亟待解决的关键科学问题。

高稳定性是MOFs工业化应用的关键指标之一，而大多数MOFs的稳定性不高，例如MOF-5，在水中框架容易坍塌，限制了实际应用，因此，合成稳定性高的MOFs是十分重要的。2008年，Lillerud 等第一次报道了 UiO(UiO = University of Oslo)系列Zr基 MOFs 的合成，例如UIO-66，由于高度对称的无机金属单元Zr₆O₄(OH)₈的存在，以及Zr₆八面体核和配体中羧基的氧的强相互作用，给予了它在高温、高压和不同溶剂、酸碱的存在下的高稳定性，这为实际应用提供了可能性，且比表面积较大，在气体储存方面具有广阔的应用前景。

作为储氢材料，现有技术中，Nicholas M. Musyoka等人采用UIO-66在77k，100bar下实现储氢量2.5wt%（Phys. Chem. Chem. Phys .,2012,14,1614–1626），但是，UIO-66在298k，100bar下，也就是常温储氢性能只有0.35wt%（J. Mater. Chem. A, 2018, 6,23569–23577），上述现有技术表明，UIO-66直接应用于储氢时，低温条件下还有提高空间，同时，常温下的储氢性能非常低，存在改进的要求。

本发明人之前申请的专利（CN 110482487 A）通过GO和甲酸引入，利用竞争配位的原理，提高了材料的比表面积（高达1602 m²/g），从而解决了UIO-66在77K下储氢量相对较低的问题，将储氢量由0.25wt%提高到3.08wt%。但是，该技术仅针对UIO-66的低温条件下的储氢性能，对常温条件下的储氢性能提高效果几乎没有。从储氢原理方面可以进行解释，高比表面积对氢气的吸附在低温条件时效果显著，而在常温条件下，UIO-66的比表面积对储氢性能效果弱到几乎没有效果，因此，通过提升比表面积来提高常温下的储氢量是不可行的技术方法。