[发明专利]LiBH4基储氢材料的纳米硼化物催化剂及其制备、应用

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，特别涉及一种LiBH₄基储氢材料的纳米硼化物催化剂及其制备、应用。

背景技术

能源是人类发展的源泉。面临石油资源的日益匮乏和生态环境恶化的双重压力，利用氢能这一清洁能源取代以化石燃料为基础的现有能源已成为全球的共识。以氢为燃料的质子交换膜燃料电池及电动汽车的技术进步和市场化进一步推动了氢能系统技术的研究与发展，在氢能系统技术链中，储氢技术被认为是关键的一环。LiBH₄储氢材料由于具有高的储氢容量（13.9 wt%），故此得到了广泛研究。但未掺杂催化的LiBH₄储氢材料动力学性能慢、需要较高温度才能实现放氢，而再吸氢则更加困难，需要高压、高温。故而，严重制约了其实际应用。Vajo等人首次利用MgH₂等与LiBH₄形成复合物，降低了体系吸放氢反应的焓变，从而改善了体系的吸放氢热力学性能，但吸放氢反应的动力学性能依然很慢。为此，有些学者利用过渡金属的氧化物或卤化物（如Ti(OBuⁿ)₄、NbCl₅、 CeCl₃等）等来催化LiBH₄及其复合物，上述催化剂在一定程度上改善了体系的吸放氢动力学性能，但依然未达到实用要求，并且此类催化剂会与LiBH₄等基体氢化物反应生成惰性杂质，造成体系中有效储氢量降低。

发明内容

本发明针对现有技术中缺乏可以有效地提升LiBH₄储氢材料的吸放氢动力学的催化剂的缺点，提供了一种可以在保持体系中具有较高吸放氢容量的前提下，令吸放氢过程具有较好的吸放氢动力学的新型纳米硼化物催化剂及其制备、应用。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

LiBH₄基储氢材料的纳米硼化物催化剂的制备方法，包括以下具体步骤：先将无水LiCl和无水KCl混合均匀，称取过渡金属氯化物和还原剂与上述无水LiCl和无水KCl混合均匀得到混合物，所述还原剂为NaBH₄或者KBH₄；将所述混合物放入坩埚，在惰性气氛保护下以3-10℃ /min的升温速率升温至600-950℃的烧结温度进行烧结，在所述烧结温度下保温2-10h；将烧结所得产物冷却至室温，用去离子水或者有机溶剂溶解所述产物中的氯化物，离心分离后所得黑色固体即为所述纳米硼化物催化剂。

作为优选，所述无水LiCl和无水KCl的质量总和占所述混合物的质量的90%以上。

作为优选，所述无水LiCl和无水KCl的的质量比为1:1-2。

依据上述LiBH₄基储氢材料的纳米硼化物催化剂的制备方法所制备的纳米硼化物催化剂。

根据上述制备方法所制备的纳米硼化物催化剂的应用，包括以下具体步骤： LiBH₄或者复合物与所述纳米硼化物催化剂均匀混合，将混合产物置入球磨罐中，在压力为0.5-3MPa的氩气或者氢气的保护气氛下进行球磨，球磨时间为5-60h，所述复合物为LiBH₄+MgH₂、LiH+MgB₂、LiBH₄和MgH₂中的任一组合。

作为优选，所述LiBH₄或者复合物与所述纳米硼化物催化剂的摩尔比为1:0.001-0.1。

本发明通过将LiCl和KCl在较低温度下形成共融盐，将NaBH₄或KBH₄作为强还原剂，将溶解于上述共融盐中的过渡金属氯化物还原生成相应的过渡金属硼化物TM_xB_y，然后将制备好的含有TM_xB_y的混合物（TM代表过渡金属，y为过渡金属的化合价，x为B的化合价）用去离子水或能将LiCl、KCl、NaCl溶解的有机试剂清洗，离心后，获得TM_xB_y纳米催化剂。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：