[发明专利]一种表面镶嵌稀土元素Ce的Mg-Ni合金颗粒及其制备方法

说明书

一种用于水解制氢表面镶嵌Ce的高反应活性Mg‑Ni合金颗粒及其制备方法，合金颗粒的表达式为Ce@Mg‑xNi，即稀土元素Ce颗粒镶嵌于Mg‑Ni合金颗粒表面。该合金颗粒的制备方法包括以下步骤：(一)选取金属Mg块和Ni粉；(二)将Mg块和Ni粉压制成的Ni片在高温熔融状态下混合均匀，冷却后得到Mg‑Ni合金铸锭；(三)将制得的Mg‑Ni合金铸锭切割成小块，再经压片机压制成Mg‑Ni合金碎屑，将碎屑置于球磨罐中在氩气保护下进行球磨，获得Mg‑Ni合金颗粒；(四)在获得的合金颗粒中加入稀土元素Ce，在氩气保护下,进行短时高能球磨，获得表面镶嵌稀土元素Ce的Mg‑Ni合金颗粒。本发明可显著改善富镁合金的活化特性及初始水解反应动力学特性，巩固了组织调控后良好的改性效果。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种用于水解制氢的表面镶嵌稀土元素Ce的Mg-Ni合金颗粒。

背景技术

在众多已发现的如风能、潮汐能、水能、太阳能等新能源中，氢能以其储能密度大，可循环及零排放等显著优势得到了越来越多的关注，大力推广氢能源，建立“氢经济”，是未来能源的发展趋势。

氢能大规模利用的前提是解决氢气的制备、存储及利用三个方面的问题。目前氢气的存储发展滞后，成为氢能源推广利用的主要障碍。另外，电解水制氢可以获得氢气，但是能耗过大，经济性太差。光解水制氢，理论可行，但高效催化剂基本为稀有贵金属，成本过高。目前大规模使用的氢气仍然是借助燃气重组方式制备的，但其可持续性及环保性太差，从根本上缓解不了能源短缺与环境污染两大压力。

鉴于上述氢气存储及氢气制备方面存在的问题，人们就尝试寻求新的制氢方式或储氢方式，设想能否通过“实时产氢”的方式避免氢气的存储及运输。近些年合金水解制氢得到了研究者的广泛关注，人们利用高活性的金属与水发生反应，置换出水里的氢气，基于该原理来开发固态产氢器，可避免氢气的存储及运输，在需要氢气的场所即产生即利用。

水解制氢合金大致分为镁合金、铝合金及锌合金三大类。总制氢效率，原料来源、推广成本及环境兼容性等考虑，镁合金是理想的水解制氢体系。但是，高纯镁合金很难在中性水中发生水解反应制备出氢，原因在于活性镁表面往往存在一层MgO钝化层，降低了镁合金表面活性，同时又一定程度阻碍了介质在合金表面的渗透扩散过程。因此，提高镁合金自身活性，避免表面形成连续氧化层，实现中性水溶液中的可控水解制氢是研究者努力的方向。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足,本发明的目的在于提供一种用于水解制氢表面镶嵌Ce的Mg-Ni共晶合金颗粒，可以改善现有镁合金材料表面反应活性过低，水解反应启动过慢，水解制氢动力学缓慢等问题。

本发明的技术方案基于“内外合金化”的思路，首先引入过渡金属元素Ni，制备Mg-Ni合金，实现内部合金化，然后通过短时高能球磨表面合金化技术，引入稀土元素Ce，在Mg-Ni共晶合金颗粒表面镶嵌金属Ce，提高共晶合金颗粒表面的电化学反应活性。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：

(1)合金配料：

选取Ni粉和Mg块，Ni粉粒度为10-30nm，Ni粉纯度≥99.5％，Ni粉质量占镁镍总质量的10％-55％，Mg块纯度≥99.8％，Mg块质量占镁镍总质量的45-90％，镁额外添加镁镍总重量2-8％的烧损；

(2)Mg-Ni合金化：

将镁块放入烘干的高纯石墨坩埚中，在覆盖剂的保护下，将Mg块加热至熔融状态，获得Mg金属液，将Ni粉压制成Ni片投入Mg金属液中，机械搅拌10-30min，得到Mg-Ni合金熔体，将合金熔体升温至850-900℃后保温30min，保温过程中对合金熔体进行搅拌，待Ni片完全熔化后浇铸到预热的石墨模具中，自然冷却至室温得到Mg-Ni合金铸锭，打磨清除掉合金铸锭表面的覆盖剂，得到洁净的Mg-Ni合金铸锭；

(3)制备Mg-Ni合金颗粒：