[发明专利]铝氢化钠配位氢化物的纳米催化剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及铝氢化钠配位氢化物的纳米催化剂及其制备方法和在铝氢化钠可逆储氢中的应用。

背景技术

能源是人类社会持续发展的基础，随着传统化石能源的日渐匮乏和生态环境的不断恶化，致力于发展以氢作为能源载体的清洁新能源技术已成为全球的共识，储氢是发展氢能体系的关键环节，其中与燃料电池氢源系统相关的新型高容量储氢材料的研究与应用受到了充分重视。目前为止，储氢技术中的液氢、轻质高压容器以及金属氢化物系统均已在燃氢汽车或电动汽车上成功运行。上述三种储氢系统中金属氢化物的安全性最好、体积储氢密度最高，但传统金属氢化物的单位重量储氢密度均较低，如钛系AB₂型储氢合金的储氢容量低于2.0wt.％；稀土—镍系AB₅型储氢合金虽然具有良好的低温吸放氢动力学性能，但其储氢容量仅为1.4wt.％；而Mg基储氢合金虽然储氢容量高，但其过高的吸放氢温度和缓慢的吸放氢动力学性能限制其实际应用。

近年来，研究发现掺入少量过渡金属化合物Ti(OBuⁿ)₄催化剂到NaAlH₄配位铝氢化物中，可使其在～150℃时进行可逆吸放氢，其理论储氢容量达到5.6wt.％(重量百分数，下同)，是LaNi₅储氢合金储氢量的4倍《B.Bogdanovic，M.Schwickardi，J.Alloys Compd.，253-254(1997)1-9.》。这一突破性研究为配位氢化物开创了化学储氢的新方向。进一步研究表明，Ti-NaAlH₄体系的实际可逆储氢容量仅为3.0～4.0wt.％，明显低于其理论储氢容量。其原因主要是Ti-NaAlH₄体系中所采用的高价态有机/无机化合物催化剂(如Ti(OBuⁿ)₄、TiCl₃、TiF₃等)本身不具备储氢能力且分子量较大，加上在反应过程中催化剂与NaH反应生成的惰性副产物消耗了部分储氢材料，使得NaAlH₄体系的实际储氢容量有所降低。另一方面，目前所用的传统Ti(OBuⁿ)₄、TiCl₃、TiF₃等有机/无机化合物催化剂的制备过程复杂、技术要求严格、价格昂贵，无法适应工业生产的规模化应用。因此，开发出一种无副产物产生的NaAlH₄催化剂，以提高配位氢化物体系的可逆储氢容量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的活性和稳定性，能有效提高铝氢化钠氢化物的可逆储氢容量的铝氢化钠配位氢化物的纳米催化剂及其制备方法与应用。

本发明的铝氢化钠配位氢化物的纳米催化剂，其化学式为：Ti_xC_1-x，其中x＝0.2，0.5，0.8。

催化剂颗粒尺寸在50～80nm之间。

本发明的铝氢化钠配位氢化物的纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按照催化剂化学式Ti_xC_1-x，x＝0.2，0.5，0.8，化学计量比称取相应的单质Ti和C的粉末，均匀混合后冷压成直径为20mm、厚度为10～15mm的冷压块；

2)将冷压块在600～900℃的氩气保护气氛下扩散烧结3～9h并随炉冷却，然后将烧结块取出机械粉碎至100目；

3)将粉碎后的粉末放入振动球磨机的玛瑙球磨罐中球磨2～15h，振动频率每分钟为1200次，球磨过程的球料比为10～40∶1，球磨保护气氛是纯度≥99.99％的氩气或氢气，保护气氛压力为0.1～1.0MPa。

本发明的纳米催化剂用于催化铝氢化钠配位氢化物的方法是：将铝氢化钠与催化剂Ti_xC_1-x，x＝0.2，0.5，0.8，按照1∶0.02～0.10的摩尔比进行均匀混合后放入振动球磨机的玛瑙球磨罐中球磨1～5h，球磨过程的球料比为10～30∶1，球磨保护气氛是纯度≥99.99％的氢气，保护气氛压力为0.5～1.5MPa。

上述的铝氢化钠可为吸氢态的NaAlH₄粉末，或者为放氢态的NaH和Al按摩尔比为1∶1混合的粉末。

本发明的有益效果在于：