[发明专利]一种用于制备金属配位氢化物纳米棒的球磨罐

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备，具体涉及一种用于制备金属配位氢化物纳米棒的球磨罐。

背景技术

温室气体的排放以及不可再生能源的消耗是人类面临的两大难题，氢能是有望解决这些难题的备选方案之一。氢能的利用是基于氢气和氧气之间的化学反应，由于该化学反应只产生能量和水，因此绝对洁净，无污染。目前，阻碍氢能在移动领域（如氢燃料汽车，手提电脑和手机）大规模应用的最大挑战是储氢技术。

在过去几十年中，人们开发出了四种储氢方法，即液态氢储存、压缩氢储存、低温吸附氢储存和氢化物固态氢储存。其中，液态氢储存和压缩氢储存由于其容器通常非常昂贵和笨重，主要使用在大型设备或是固定场所。用于固态氢储存的氢化物一般分为两类，即金属氢化物和金属配位氢化物。

对于金属氢化物，如LaNi₅H₆和MgH₂，已经进行了大量的研究。在常温下，1摩尔的LaNi₅可以在室温和较高的氢压下吸收6摩尔的氢原子，并可以在较低的氢压下把氢放出来，但其重量储氢容量偏低，仅有不到1.5wt%，不能满足实用化的要求。尽管MgH₂能够储存超过7wt%的氢气，但其操作温度很高，放氢需要高于300℃，吸放氢动力学很差，也不能满足实际应用的要求。

最近的研究发现，通过纳米化可以显著改善氢化物的储氢性能。但是，因为氢化物易于分解且具有极高的化学活性（较易与水、氧气反应），目前的纳米化方法很难适用于纳米氢化物的直接制备，尤其是具有特殊形貌的纳米氢化物。例如，金属配位氢化物，由于其易于分解且具有极高的化学活性（较易与水、氧气反应），目前尚无50nm以下不含杂质的金属配位氢化物纳米材料的制备方法。

机械球磨是一种常用的材料制备技术，在球磨过程中会在局部产生极高的压强和温度，在物理上可以起到研磨破碎的作用，在化学上可以导致亚稳相的生成[Suryanarayana C.Mechanical alloying and milling.Prog Mater Sci2001;46:1-184]。目前使用的球磨罐在材料上有不锈钢、陶瓷、聚合物等，在结构上以圆筒状为主，在功能上除了常规球磨，还可以通过加装阀门和密封装置实现高低压气氛球磨。

现有技术中已经出现了利用机械球磨制备储氢材料的方法，但是，所采用的球磨罐均为常规的球磨罐，制备出的储氢材料不具有特殊的形貌结构。

发明内容

本发明提供了一种用于制备金属配位氢化物纳米棒的球磨罐，对现有技术中的球磨罐进行了改进，使制备得到的金属氢化物具有纳米级的棒状结构。

一种用于制备金属配位氢化物纳米棒的球磨罐，包括相互配合的罐体和罐盖，所述罐体内部设有过滤器，所述过滤器内设有用于生长金属配位氢化物纳米棒的收集腔，该收集腔通过过滤通道与罐体内部空间相连通。

利用本发明提供的球磨罐制备金属配位氢化物纳米棒的方法，包括以下步骤：

（1）将金属配位氢化物与有机溶剂混合后干燥，得到一维配位聚合物；

（2）将步骤（1）中得到的一维配位聚合物放入球磨罐中进行机械球磨，在机械球磨的过程中，气化的一维配位聚合物通过过滤通道后在收集腔中沉积，得到配位聚合物的纳米棒；而球磨罐中的固体颗粒（包括磨球和固态的一维配位聚合物）则被过滤通道阻挡，无法进入收集腔中；

（3）将步骤（2）中收集腔内得到的配位聚合物的纳米棒中的有机配体除去，得到金属配位氢化物纳米棒。采用加热或者抽真空的方式，将有机配体除去，得到纯度高的配位聚合物的纳米棒。

步骤（1）中金属配位氢化物与有机溶剂混合后，金属配位氢化物线性生长成为链状，以链状的金属配位氢化物为骨架，有机溶剂与金属配位氢化物中的金属形成配位键，形成保护。链状的金属配位氢化物以及包裹在链状的金属配位氢化物外围并与之形成配位键的有机溶剂（即有机配体），合称为一维配位聚合物。

有机溶剂通常选择包含醚键的溶剂，醚键中的氧原子具有未共用的电子对，容易与具有空轨道的金属形成配位键，对链状的一维金属配位氢化物形成保护，所述有机溶剂为甲乙醚、甲丙醚、乙醚、乙丙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、环氧己烷。

金属配位氢化物与有机溶剂混合后，搅拌一定的时间，使金属配位氢化物以及有机溶剂充分混合均匀，并形成稳定的配位键，通常情况下，搅拌时间不少于40min。