[发明专利]一种基于分级多孔微球Ti-Nb-O的氢化镁储氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于分级多孔微球Ti‑Nb‑O的氢化镁储氢材料，由氢化镁和分级多孔微球Ti‑Nb‑O混合机械球磨制得；所述分级多孔微球Ti‑Nb‑O通过溶剂热法和煅烧法制得；其直径为1‑2μm，微观形貌为球状，比表面积为27.63 m²/g，孔径分布为38‑40 nm。其制备方法包括以下步骤：1，分级多孔微球Ti‑Nb‑O前驱体的制备；2，分级多孔微球Ti‑Nb‑O的制备；3，基于分级多孔微球Ti‑Nb‑O的氢化镁储氢材料的制备。作为储氢领域的应用：体系初始放氢温度降至189℃，放氢量达到6.96 wt%；等温完全放氢温度为300℃，60 min内放氢量达到6.82 wt%；等温吸氢温度为50℃的条件下，60 min内吸氢1.78 wt%。催化放氢的活化能是E_a(des)=92.7 kJ/mol，催化吸氢的活化能是E_a(abs)=26.0 kJ/mol；脱附反应焓变H_d=69.6 kJ/mol。循环保持率为92.3%。

技术领域

本发明涉及新能源材料的储氢材料的技术领域，具体涉及一种基于分级多孔微球Ti-Nb-O的氢化镁储氢材料及其制备方法。

背景技术

石油、煤炭等传统化石能源随着人类的不断取用而日益枯竭，由此引发的能源危机制约着人类社会的发展，寻找绿色高效可再生的新能源替代化石能源已成为全人类的共识，并且取得了大量的研究成果。氢能具有原料来源丰富、能量密度高、产物环境友好、可再生等优点成为目前最有潜力的替代能源之一。目前氢能的开发利用主要面临着生产，存储，运输三大关键问题。其中，如何将氢能安全高效作为车载能量存储载体是目前最具有挑战性和商业价值的研究课题。传统的高压液态和气态储氢效率低，生产能耗高，使用安全性低，制约着车载储氢商业化的使用，固态储氢技术作为一种安全、高效的储氢方式，具有极大的研究潜力，是未来最有可能被大规模使用的一种储氢方式。

氢化镁(MgH₂)具有较高的储氢容量(7.6 wt%)和良好的可逆性，被认为是最具潜力的固态储氢材料之一，但热稳定性高、动力学速度缓慢，严重制约其作为车载能量存储载体的使用。

近年来，研究者通过掺杂改性、纳米化、复合体系构建和限域等方式改善MgH₂的储氢性能，即降低吸放氢温度、提高吸放氢动力学和可逆性。其中研究较多的是掺杂改性，即加入碳基材料和各种过渡金属化合物(氧化物、氯化物和氮化物等)。据报道，碳基材料作为催化MgH₂储氢催化剂的载体(如MWCNT等)几乎没有催化作用，过渡金属化合物，如TiO₂、NiCl₂、Nb₂O₅和TiN等作为催化剂虽然能有效地改善MgH₂的储氢性能，但是它们没有特殊的形貌作为支撑来进一步的改善MgH₂的储氢性能。

在上述掺杂物中，前人们经过研究发现高价态金属的氧化物可以产生更好的催化效果，尤其是Nb₂O₅和TiO₂。

Barkhordarian等观察到添加 0.5 mol% Nb₂O₅后，在300 ℃下90秒内从MgH₂中释放出 7 wt% H₂ [Barkhordarian G, Klassen T, Bormann R. Effect of Nb₂O₅ contenton hydrogen reaction kinetics of Mg. J. Alloys Compd. 2004, 364, 242–246.]。随后的研究表明，均匀分布在MgH₂基质中的Nb基物质是促进氢运输的有效途径。