[发明专利]一种石墨烯负载的纳米片状过渡金属氢化物的制备方法和储氢材料

说明书

本发明涉及储氢材料领域，公开了一种石墨烯负载的纳米片状过渡金属氢化物的制备方法和储氢材料，纳米片状过渡金属氢化物的制备方法包括如下步骤：在惰性气体保护下，将过渡金属氯化物、氢化锂、石墨烯和有机溶剂混合，加热反应后分离得到固体物质，固体物质经干燥后得到所述纳米片状过渡金属氢化物，该石墨烯负载过渡金属氢化物催化剂可显著改善储氢材料的吸放氢行为，降低吸放氢工作温度，提高循环性能，且反应过程中易于去除副产物，同时保证过渡金属氢化物不会被氧化。

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种石墨烯负载的纳米片状过渡金属氢化物的制备方法和储氢材料。

背景技术

日益增长的能源需求、逐渐减少的化石能源和不断恶化的生态环境，迫切需要开发清洁可再生的能源。氢作为宇宙中最简单和最丰富的元素，具有燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样等优点，被认为是最理想的能源载体，有望解决这一难题。尽管氢元素占宇宙总质量的75％，但在地球上，游离态氢的含量仅为0.5ppm，且在标准条件下，氢为气态，密度仅为0.0899g L^-1，导致其实际应用面临着制取、储存和利用三个方面的巨大挑战。特别是安全、高效和经济的氢储存技术，一直是制约氢能实用化和规模化的关键瓶颈。

传统的高压气态储氢(室温，350-700bar)和低温液化储氢(-253℃，5～10bar)，虽然技术相对成熟，且已在部分商业领域和军事领域得到实际应用，但分别存在安全性差、能量效率低、成本高等缺点。而通过氢与材料相互作用形成氢化物或固溶体的固态储氢技术，由于具有独特的安全性和高的体积储能密度，极具应用发展前景。研究表明，当氢进入一些金属或合金中，氢原子之间的距离就会显著减小，从而大大提高了其体积储氢密度。但传统间隙式储氢合金的储氢容量普遍较低，不足3wt％，难以满足车载储氢系统的应用需求。近年来，为了提高材料的重量储氢密度，人们把研究的重点集中在了轻金属氢化物，包括MgH₂、NaAlH₄、LiAlH₄、LiBH₄、Mg(BH₄)₂等。其中，NaAlH₄由于具有有利的热力学和较高的储氢容量，备受世人关注，特别是已初步开发出以其为储氢介质的原型储氢装置，使其成为近期最有可能实用化的高容量储氢材料之一。

NaAlH₄作为一种典型的配位氢化物，Al-H为共价键，AlH₄基团与Na通过金属键结合。其理论氢含量可达7.4wt％，远高于传统的间隙式储氢合金。但受限于高的动力学能垒，其可逆吸氢非常困难，最初，NaAlH₄仅作为有机合成反应的还原剂使用。直至1997年，德国学者和Schwickardi发现Ti掺杂的NaAlH₄可以在温和条件下进行可逆吸放氢，引发了NaAlH₄作为储氢介质的浓厚研究兴趣。

之后，研究人员探索和研究了各种催化剂，用于改善NaAlH₄的吸放氢性能，主要包含过渡金属元素和稀土金属元素及其化合物，特别是过渡金属氢化物。如CN101525345A公开了一种制备有机-过渡金属氢化物络合物的方法，得到的有机-过渡金属氢化物的储氢材料可以安全、可逆地储存大量的氢。

又如CN111498799A公开一种金属铝氢化物复合储氢材料及其制备方法，由金属氢化物、铝粉以及高活性催化剂在氢气气氛下由磁力研磨机研磨复合而成，金属氢化物、铝粉以及高活性催化剂的摩尔比为1:1:0.05-0.1。本发明采用的高活性催化剂，含Ti及含V的复合物作为研磨反应中的前驱体，在反应中生成金属间化合物，可催化促进金属铝氢化物的生成，加快反应动力学，含稀土元素的物质能够起到催化氢分子解离和促进氢原子在镁基合金内部扩散的作用，提高活化性能。