[发明专利]用作制备四氢铝钠储氢体系的催化剂及储氢体系制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及四氢铝钠(NaAlH₄)储氢体系技术领域，更具体地说，是涉及用作制备NaAlH₄储氢体系的催化剂及其储氢体系制备方法。

背景技术

能源与环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。氢能作为高效、洁净的二次能源，开发中低温条件下储氢容量高、成本低的储氢材料是当前的一个重要发展方向。发展先进的氢贮运技术是推进“氢能”应用进程中的关键技术挑战之一。相对于高压气态或低温液态贮氢方式，材料基贮氢在能源效率和安全性等方面具有显著优势，因而长期以来一直是能源材料领域的研究热点。

1997年，Bogdanovic等人报道，络合氢化物NaAlH₄中引入摩尔分数为2％的Ti(O(CH₂)₃CH₃)₄作催化剂后，可在150℃左右实现可逆吸放氢反应，这一发现激发了人们对以NaAlH₄为代表的轻质金属络合物储氢性能研究的兴趣。但是，高价态的Ti化合物催化剂本身不具备储氢能力且分子量较大，加上在反应过程中生成了不易挥发的惰性副产物(如氧化钠、氯化钠)，因此体系的实际储氢容量远远低于理论放氢量。后来，人们通过加入过渡金属氯化物、氟化物(如TiCl₃、TiF₃)作为催化剂，在动力学放氢性能上取得了一定的成果，但是在制备过程中需要高温高压。因此降低吸放氢的温度和探求新的催化剂对络合氢化物的研究具有实际的指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种制备方法简单、储氢性能良好的NaAlH₄储氢体系及用于其体系的催化剂。

本发明用作制备NaAlH₄储氢体系的催化剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：

a.将4.8gTi(SO₄)₂研磨后，溶于50ml去离子水中，然后缓慢滴加20ml质量分数为25-80％的氨水溶液，电磁搅拌10min，待全部反应完后，洗涤干燥；

b.将得到的材料与KBH₄按照摩尔比为1∶2混合均匀后，在15-20MPa压力下压片，600摄氏度、氩气保护下保温12h，缓慢冷却到室温；

c.将加热后的产物用去离子水和乙醇分别洗三次后，100摄氏度真空干燥12h，得到催化剂产品TiB₂。

本发明使用上述TiB₂催化剂制备NaAlH₄储氢体系的方法，其特征在于按照以下步骤进行：

a.在惰性气体保护下，将NaH和高纯度(含质量比99.5％)的Al粉以摩尔比1-2∶1混合，然后加入摩尔百分量为2-10mol％的TiB₂作为催化剂，均匀混合；

b.将上述混合好的反应物放入球磨罐中，通入0.5-2MPa的氢气，置于球磨机上球磨5-70h，球料与反应物的质量比为20-60∶1，球磨转速为300-500rpm，最后得到TiB₂添加的NaAlH₄体系。

将得到的TiB₂-NaAlH₄在氩气保护下压片做粉末X射线衍射，结果显示样品中含有95％以上的NaAlH₄。表明在机械球磨过程中发生了下述反应：

NaH+Al+1.5H₂→NaAlH₄                 (1)

证明了本发明使用TiB₂催化剂制备NaAlH₄储氢体系的方法在常温及接近常压的条件下可以得到NaAlH₄储氢体系，相对于现有技术中需要高温高压条件的制备方法更简单、更节能，更容易实现。

将得到的TiB₂-NaAlH₄做TPD放氢测试，结果显示，有明显的两步放氢反应，分别对应：

3NaAlH₄→Na₃AlH₆+2Al+3H₂             (2)