本發(fā)明屬于儲(chǔ)氫，具體涉及電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑、含該催化劑的儲(chǔ)氫材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，氫能因其清潔、高密度的特點(diǎn)被提出作為一種很有前途的儲(chǔ)能載體，通過與電解析氫反應(yīng)相結(jié)合，能夠以氫的形式儲(chǔ)存可再生能源。當(dāng)前，在氫氣制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用的產(chǎn)業(yè)鏈中，氫的儲(chǔ)運(yùn)是大規(guī)模氫能利用的瓶頸環(huán)節(jié)。雖然現(xiàn)有的高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)發(fā)展較為成熟，但仍存在儲(chǔ)運(yùn)條件苛刻、易燃易爆易泄露等問題。而固態(tài)儲(chǔ)氫由于利用金屬和氫之間化學(xué)鍵的高穩(wěn)定性，降低了潛在的氫泄漏風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而能夠提高氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)陌踩?。在眾多固態(tài)儲(chǔ)氫材料中，鎂基固態(tài)儲(chǔ)氫材料具有質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高、吸放氫過程可逆、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，為固態(tài)儲(chǔ)氫領(lǐng)域的大規(guī)模提供了更大的可能性。然而，鎂基儲(chǔ)氫材料缺乏有效的催化活性位點(diǎn)，導(dǎo)致該材料吸放氫動(dòng)力學(xué)性能差。目前添加催化劑是在鎂基儲(chǔ)氫材料中引入催化活性位點(diǎn)的有效方法之一，其中，有效控制催化劑-氫相互作用是設(shè)計(jì)高效催化劑的關(guān)鍵。

2、近些年來(lái)，電子化合物因其獨(dú)特的陰離子電子物性，在催化加氫領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。然而，在鎂基儲(chǔ)氫領(lǐng)域，電子化合物材料其自身具有的活潑陰離子電子特性對(duì)氫的解離過程十分有效，但容易形成較強(qiáng)的過渡金屬-氫化學(xué)鍵，導(dǎo)致氫擴(kuò)散過程的活化能顯著升高。因此，如何平衡電子化合物催化劑對(duì)氫解離和氫擴(kuò)散過程之間的矛盾關(guān)系，是進(jìn)一步提高鎂基儲(chǔ)氫材料性能的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑；目的之二在于提供該電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑的制備方法；目的之三在于提供含該催化劑的儲(chǔ)氫材料；目的之四在于提供含該催化劑的儲(chǔ)氫材料的制備方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、1、一種電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑，所述電子化合物為ti5si3。

4、2、所述的電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑的制備方法，所述制備方法如下：將ti粉和si粉混合后置于沖壓模具中壓實(shí)獲得混合塊，將所述混合塊除雜處理后熔煉，即可。

5、優(yōu)選地，所述ti粉和si粉的摩爾比為5:3。

6、優(yōu)選地，所述壓實(shí)具體為：將混合粉末在不銹鋼沖壓模具中以15～20mpa的壓力壓實(shí)。

7、優(yōu)選地，所述除雜處理具體為：將所述混合塊置于管式爐中，惰性氣體保護(hù)下，于550～750℃下熱處理2～6h。

8、優(yōu)選地，所述熔煉具體為：在真空熔煉爐中進(jìn)行至少三次的電弧熔煉。

9、3、一種ti5si3-mgh2復(fù)合儲(chǔ)氫材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述復(fù)合儲(chǔ)氫材料包括：ti5si35～15wt.％，mgh2?85～95wt.％。

10、4、一種ti5si3-mgh2復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，所述制備方法如下：將mgh2和ti5si3在氬氣氣氛下，按球料比20～40:1，以200～800rpm的轉(zhuǎn)速正反轉(zhuǎn)間歇球磨8～12h。

11、優(yōu)選地，所述正反轉(zhuǎn)間歇球磨具體為：每球磨8～12min后暫停8～12min，反轉(zhuǎn)8～12min暫停8～12min。

12、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供一種電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑、含該催化劑的儲(chǔ)氫材料及制備方法，該電子化合物為ti5si3，在ti5si3晶體結(jié)構(gòu)的空穴中存在高濃度的陰離子電子，這些不受原子軌道束縛的陰離子電子具有出色的活潑性，使得ti5si3可以通過電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)良好的催化活性。由于ti5si3具有合適陰離子電子能帶位置，不但有利于ti5si3中陰離子電子對(duì)氫分子的吸附解離，還有利于氫原子的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了氫解離及擴(kuò)散過程之間的良好匹配，因而具有更高的催化活性，在用于鎂基儲(chǔ)氫性能的改善方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。具體的，將其與mgh2復(fù)合后，復(fù)合儲(chǔ)氫材料在300℃下，5min放出5.28wt.％的氫氣，在240℃較低的溫度下30min放出4.51wt.％的氫氣，其放氫反應(yīng)活化能為70.4kj/mol；復(fù)合儲(chǔ)氫材料在250℃、30s內(nèi)吸氫量為4.07wt.％，在250℃、7min內(nèi)吸氫量為5.00wt.％。此外，在進(jìn)行50次吸放氫循環(huán)后，該復(fù)合儲(chǔ)氫材料仍可保持4.77wt.％以上的儲(chǔ)氫量。該催化劑穩(wěn)定性良好，制作流程簡(jiǎn)單，且原料易得，適合擴(kuò)大化生產(chǎn)。

13、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說(shuō)明書來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑，其特征在于，所述電子化合物為ti5si3。

2.權(quán)利要求1所述的電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法如下：將ti粉和si粉混合后置于沖壓模具中壓實(shí)獲得混合塊，將所述混合塊除雜處理后熔煉，即可。

3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述ti粉和si粉的摩爾比為5:3。

4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述壓實(shí)具體為：將混合粉末在不銹鋼沖壓模具中以15～20mpa的壓力壓實(shí)。

5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述除雜處理具體為：將所述混合塊置于管式爐中，惰性氣體保護(hù)下，于550～750℃下熱處理2～6h。

6.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述熔煉具體為：在真空熔煉爐中進(jìn)行至少三次的電弧熔煉。

7.一種ti5si3-mgh2復(fù)合儲(chǔ)氫材料，其特征在于，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述復(fù)合儲(chǔ)氫材料包括：ti5si3?5～15wt.％，mgh2?85～95wt.％。

8.一種ti5si3-mgh2復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法如下：將mgh2和ti5si3在氬氣氣氛下，按球料比20～40:1，以200～800rpm的轉(zhuǎn)速正反轉(zhuǎn)間歇球磨8～12h。

9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述正反轉(zhuǎn)間歇球磨具體為：每球磨8～12min后暫停8～12min，反轉(zhuǎn)8～12min后暫停8～12min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種電子化合物儲(chǔ)氫材料催化劑、含該催化劑的儲(chǔ)氫材料及制備方法，屬于儲(chǔ)氫技術(shù)領(lǐng)域。該電子化合物為Ti<subgt;5</subgt;Si<subgt;3</subgt;，因具有高的催化活性，在用于鎂基儲(chǔ)氫性能的改善方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。將其與MgH<subgt;2</subgt;復(fù)合后，復(fù)合儲(chǔ)氫材料在300℃下5min放出5.28wt.％的氫氣，在240℃較低的溫度下30min放出4.51wt.％的氫氣，其放氫反應(yīng)活化能為70.4kJ/mol；復(fù)合儲(chǔ)氫材料在250℃、30s內(nèi)吸氫量為4.07wt.％，在250℃、7min內(nèi)吸氫量為5.00wt.％。此外，在進(jìn)行50次吸放氫循環(huán)后，該復(fù)合儲(chǔ)氫材料仍可保持4.77wt.％以上的儲(chǔ)氫量。該催化劑穩(wěn)定性良好，制作流程簡(jiǎn)單，且原料易得，適合擴(kuò)大化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：魯楊帆,王泓元,趙先政,關(guān)浩天,劉江,陳玉安,李謙,王敬豐,潘復(fù)生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30