本發(fā)明涉及化學(xué)鏈儲(chǔ)氫領(lǐng)域，特別涉及一種廉價(jià)、規(guī)模化的化學(xué)鏈儲(chǔ)氫材料的制備方法。

背景技術(shù)：

氫能源作為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕鍧嵞茉?，具有廣闊的應(yīng)用前景。為有效利用氫能源，解決儲(chǔ)氫困難是關(guān)鍵，因此開發(fā)合適的儲(chǔ)氫技術(shù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

目前常見的儲(chǔ)氫技術(shù)分為物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫。物理儲(chǔ)氫中的高壓儲(chǔ)氫和液壓儲(chǔ)氫，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化的氫能存儲(chǔ)，但是高壓帶來的安全隱患依舊制約著這兩種儲(chǔ)氫技術(shù)的應(yīng)用，除此之外，高壓儲(chǔ)氫和液壓儲(chǔ)氫還存在能耗高、占地面積大等缺點(diǎn)；化學(xué)儲(chǔ)氫主要實(shí)施方式有儲(chǔ)氫合金、金屬氫化物和有機(jī)物儲(chǔ)氫等?；瘜W(xué)儲(chǔ)氫材料具有儲(chǔ)氫密度高、反應(yīng)條件溫和、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。但由于制備成本過高，化學(xué)儲(chǔ)氫材料現(xiàn)在還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，未見商業(yè)化報(bào)道。易污染環(huán)境等缺點(diǎn)也給化學(xué)儲(chǔ)氫技術(shù)的推廣帶來困難。

不同于物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫等直接創(chuàng)造氫空位儲(chǔ)氫方式，化學(xué)鏈循環(huán)氧儲(chǔ)氫采用在材料中制造氧空位，再由氧空位逆變產(chǎn)氫的方式間接儲(chǔ)氫。理論上一個(gè)氧空位可逆變得到兩個(gè)氫，因此儲(chǔ)氫密度將是傳統(tǒng)儲(chǔ)氫方式的兩倍。以鎳鐵載氧體為例說明其儲(chǔ)氫原理：

儲(chǔ)氫過程：

釋氫過程：

載氧體中的活性成分是鐵氧化物。儲(chǔ)氫過程中,鐵氧化物中的氧與氫結(jié)合變成水,鐵氧化物被還原為低價(jià)鐵氧化物。每1個(gè)氧原子結(jié)合2個(gè)氫原子，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)氧空位。釋氫過程中,1個(gè)氧空位裂解1分子水，水中的氧填補(bǔ)氧空位，氫則以氫氣的形式釋放出來，同時(shí)低價(jià)鐵氧化物被氧化,載氧體可以再次用于儲(chǔ)氫，從而實(shí)現(xiàn)氫氣的可逆儲(chǔ)放。

目前用于化學(xué)鏈循環(huán)氧儲(chǔ)氫的材料，存在制備步驟復(fù)雜、所需設(shè)備成本高、難以規(guī)?；a(chǎn)的問題。因此，尋找廉價(jià)、規(guī)?；幕瘜W(xué)鏈循環(huán)氧儲(chǔ)氫材料的制備方法具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：為了解決現(xiàn)有儲(chǔ)氫材料存在的儲(chǔ)氫密度低、生產(chǎn)成本高、難以規(guī)?；a(chǎn)等問題，本發(fā)明提供了一種廉價(jià)規(guī)?；幕瘜W(xué)鏈循環(huán)氧儲(chǔ)氫材料及其制備方法。材料采用化學(xué)鏈循環(huán)氧儲(chǔ)氫原理，通過制造氧空位間接儲(chǔ)氫，理論上一個(gè)氧空位可逆變得到兩個(gè)氫，儲(chǔ)氫密度是傳統(tǒng)氫空位儲(chǔ)氫的兩倍。該材料采用燃燒合成法制備，所需原料價(jià)格低廉，可實(shí)現(xiàn)低成本的規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種廉價(jià)規(guī)?；幕瘜W(xué)鏈儲(chǔ)氫材料，該儲(chǔ)氫材料分子式為nifealo4，具有尖晶石結(jié)構(gòu)，其中o^2-立方緊密堆積，ni²⁺填充在四面體空隙中，fe³⁺、al³⁺填充在八面體空隙中，總相對(duì)分子質(zhì)量為205.52。

本發(fā)明的一種廉價(jià)規(guī)模化的化學(xué)鏈儲(chǔ)氫材料的制備方法，采用燃燒合成法制備，具體制法是將裝有硝酸鹽溶液的燒杯放入恒溫油浴鍋中加熱，直到溶液變?yōu)楦赡z，取出燒杯放入干燥箱中干燥，得到的固體粉末放入馬弗爐中，在200～300℃的空氣條件下點(diǎn)燃，燃燒結(jié)束后，將馬弗爐升溫到900～1100℃對(duì)材料進(jìn)行煅燒，最后得到該材料。

其中：

所述的硝酸鹽溶液由ni(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、al(no3)3·9h2o按陽(yáng)離子摩爾比ni²⁺：fe³⁺：al³⁺＝1:1:1稱取后用去離子水溶解，再加入適量的檸檬酸和聚乙二醇配成溶液。

所述的恒溫油浴鍋中加熱，其加熱過程中控制溶液溫度為90～95℃，并用磁力轉(zhuǎn)子不斷攪拌。

所述的馬弗爐煅燒時(shí)間為2～2.5小時(shí)。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有點(diǎn)

(1)本發(fā)明制備的這種新型儲(chǔ)氫材料采用化學(xué)鏈循環(huán)儲(chǔ)氫原理，通過在材料中創(chuàng)造氧空位，再由氧空位逆變產(chǎn)氫的方式間接儲(chǔ)氫，理論上一個(gè)氧空位可逆變得到兩個(gè)氫，因此儲(chǔ)氫密度將是傳統(tǒng)氫空位的兩倍。材料理想的儲(chǔ)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)4.8％以上，體積儲(chǔ)氫密度可達(dá)120kg/m³以上。

(2)本發(fā)明制備的這種用于化學(xué)鏈儲(chǔ)氫的尖晶石材料nifealo4由燃燒合成法制備，所需原料價(jià)格低廉、來源廣泛，所用設(shè)備均為常見設(shè)備，搭建材料制備平臺(tái)的成本低。

(3)本發(fā)明制備的這種用于化學(xué)鏈儲(chǔ)氫的尖晶石材料nifealo4由燃燒合成法制備，燃燒合成法步驟簡(jiǎn)單，易于操作，流程易于控制，可規(guī)模化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施實(shí)例1所制備的廉價(jià)、規(guī)模化的化學(xué)鏈儲(chǔ)氫材料的sem表征結(jié)果。圖1(a)為新鮮樣品的sem圖，圖1(b)為進(jìn)行20個(gè)充放氫循環(huán)后的樣品的sem圖。

圖2為實(shí)施實(shí)例1所制備的廉價(jià)、規(guī)?；幕瘜W(xué)鏈儲(chǔ)氫材料800℃條件下進(jìn)行的五個(gè)充放氫循環(huán)的儲(chǔ)氫密度變化情況。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：燃燒合成法制備化學(xué)鏈儲(chǔ)氫材料nifealo4

將ni(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、al(no3)3·9h2o陽(yáng)離子摩爾比例ni：fe：al＝1:1:1稱取，稱取好的樣品放入燒杯并加入適量的檸檬酸/peg，配成100ml溶液，

具體工況如下表：

將配好溶液的燒杯放入恒溫磁力攪拌油浴鍋中，加入磁力轉(zhuǎn)子不斷攪拌，保持溶液溫度為9℃，直到溶液變?yōu)楦赡z，取出干凝膠放入干燥箱中干燥，得到的固體粉末放入馬弗爐中，在200℃的空氣條件下點(diǎn)燃，燃燒結(jié)束后，升溫到900℃煅燒2小時(shí)，即得到目標(biāo)產(chǎn)物。

實(shí)施例2：燃燒合成法制備化學(xué)鏈儲(chǔ)氫材料nifealo4

制備方法與實(shí)施實(shí)例1相同，具體工況如下表：