[发明专利]一种Zintl相储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Zintl相储氢材料及其制备方法，具体为一种催化剂掺杂的Zintl相储氢材料及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的日益耗尽和环境污染问题的突出，寻找可再生、清洁的21世纪新能源显得越来越迫切。氢能作为理想的新能源，具有储量丰富、来源广泛、无污染等特点；使用氢能能够缓解对环境的污染，减少人类对化石燃料的依赖。氢能的开发利用包括氢的制备、氢的储运和氢的应用，其中储氢材料在氢的储运方面起到了至关重要的作用。

储氢材料多种多样，其中金属储氢材料由于具有来源广泛、经济实用、安全稳定等优点得到了大量的研究，主要包括AB₅型稀土系合金、非AB₅型稀土系合金、AB₂型Ti(Zr)系Laves相合金、AB型TiFe(TiNi)系合金、A₂B型Mg₂Ni系合金以及V基固溶体型合金几类。近年来，以NaAlH₄为代表的含Al-H键络合物储氢材料和以Li₃N为代表的金属氮化物储氢材料成为人们研究的热点，它们具有较高的有效储氢量，显示出了良好的应用前景。

本发明提出的锶铝基Zintl相储氢合金有别于其它类别的金属储氢材料，属于一种新型金属储氢材料。锶和铝可以形成SrAl₄，SrAl₂以及Sr₈Al₇等化合物，一般认为，SrAl₄和Sr₈Al₇不具备吸放氢能力，而SrAl₂则能够在一定条件下吸氢。SrAl₂虽然是由金属元素所组成，但是它不属于典型的金属间化合物，而属于Zintl相合金，Zintl相合金是一类介于金属间化合物和离子化合物两者之间的化合物。在一定的温度压力条件下，Zintl相合金SrAl₂可以吸氢生成SrAl₂H₂，这是一种Zintl相氢化物(Ref：F.Gingl et al，Journal of Alloys and Compounds 306(2000)127-132)。但是纯Zintl相合金SrAl₂的吸氢动力学性能较差制约了它的应用。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有纯Zintl相合金SrAl₂的吸氢动力学性能较差等不足而提供一种催化剂掺杂的Zintl相储氢材料；本发明的另一目的是提供该材料的制备方法。

本发明的技术方案为：一种Zintl相储氢材料，其特征在于由基体材料和催化剂组成，各相所占储氢材料总量的摩尔百分含量分别为：基体材料为92％-99％，催化剂为1％-8％；其中基体材料为Zintl相合金SrAl₂，催化剂为单质或化合物，所述的单质为石墨或过渡族金属中的任意一种，化合物为FeF₃、FeCl₃、TiF₃、TiCl₃、TiCl₄、VCl₃、ZrCl₄或CeCl₃中的任意一种。

优选各相所占储氢材料总量的摩尔百分含量分别为：基体材料为94％-98％，催化剂为2％-6％。优选所述的单质为石墨，化合物为FeF₃或TiF₃。

本发明还提供了上述的Zintl相储氢材料的方法，其具体步骤为：

A.将金属Sr和金属Al先以摩尔配比为1∶2混合，再加入以占所称量的金属Sr重量百分比为1-3％的金属Sr，采用感应熔炼法制备得到块状Zintl相合金SrAl₂；

B.将步骤A中的得到的SrAl₂合金机械破碎并研磨至100-300目大小粉末；再将占储氢材料总摩尔量的百分比为92％-99％的Zintl相合金SrAl₂粉末与占储氢材料总摩尔量的百分比为1％-8％的催化剂混合；

C.通过机械球磨上述混合物，得到Zintl相储氢材料。

以上原料市场上均有售。

优选上述步骤C中机械球磨使用行星式高能球磨机，混合物处于惰性气氛氩气保护下，球磨时间为15-120分钟，球料比为5∶1～30∶1，球磨转速为100～400转/分钟。