[发明专利]一种含镍和稀土金属氢化物纳米粒子的镁基双金属氢化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氢技术领域，具体涉及一种含镍和稀土金属氢化物纳米粒子的镁基双金属氢化物的制备方法。

背景技术

如何实现氢的安全、高效储存成为氢能规模应用的“瓶颈”环节。目前，氢的储存主要包括气态储氢、液态储氢和固态储氢三种方式。与传统的高压气态储氢和低温液态储氢相比，固态储氢具有存贮密度高、安全、便携等优点，是一种高效的储氢技术。但是，现已开发的金属氢化物，如稀土和钛锰系合金，无法满足车载储氢材料能量密度的需求。因此，开发新型高容量固态储氢材料刻不容缓。

Mg基双金属氢化物是指碱金属、过渡金属及稀土金属与Mg通过氢化反应所形成的一类氢化物。该类氢化物普遍具有较高的含氢量(>4wt.％)和较高热稳定性(即吸放反应所需焓值大)，因而在固态储氢和蓄热方面均具有广阔的应用前景。文献[H.Wu,W.Zhu,T.Udovic,J.Rush.Chem.Mater.,2008,20:2335-2342]将双金属氢化物NaMgH₃作为固态储氢介质来使用，但其较高的热力学稳定性，需要较高的温度(不低于300℃)才能实现吸/放氢，因此短期内无法成为实用储氢材料。但这种较高的热稳定性使Mg基双金属氢化物在蓄热领域展现出了巨大的应用前景。借助于这一点，文献[D.Sheppard,M.Paskevicius,C.Buckley.Chem.Mater.,2011,23:4298-4300]将NaMgH₃作为太阳能余热存储介质，研究了其热力学循环性能。然而，上述研究中发现，镁基双金属氢化物的吸放氢动力学性能非常缓慢，这导致吸放氢平台之间的滞后加剧，造成不可避免的能量损失。因此，改善动力学性能，尤其是循环动力学性能，对于提高镁基双金属氢化物的存储效率和避免能量损耗具有重要的意义，

发明内容

本发明针对上述现有镁基双金属储氢材料的不足，提出一种含镍和稀土金属氢化物纳米粒子的镁基双金属氢化物的制备方法，以期通过本方法所制备的双金属氢化物具有较快的吸放氢动力学性能。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种含镍和稀土金属氢化物纳米粒子的镁基双金属氢化物的制备方法，具体包括下述步骤：

(1)感应熔炼：以纯Mg、Ni和稀土金属为初始原料，按一定原子配比，采用悬浮感应熔炼法制备出Mg-Ni-M合金锭；

所述的稀土金属是La，Nd，Sm或Y，记为M；所述Mg、Ni、M原子配比为(10～15)：1：1；

(2)单辊甩带：采用单滚甩带技术，将上述步骤(1)中所制备的Mg-Ni-M合金锭制备成Ni和M弥散分布的镁基固溶体；

(3)机械球磨：将上述步骤(2)中的产物与碱土金属氢化物或过渡金属按一定原子配比进行不低于10h的机械球磨处理；

所述的碱土金属氢化物是KH、NaH或RbH，记为NH；所述的过渡金属是Fe或Co，记为N′；所述的一定原子配比是以Mg-Ni-M合金中的Mg为基准的，Mg：NH＝1：1或Mg：N′＝2：1；

(4)氢化处理：将步骤(3)所得球磨产物置于不锈钢反应器中，在3～5MPa氢压、350～400℃保温24～60h，即得到原位生成的含Ni和稀土金属氢化物(MH)纳米颗粒的Mg-N-H双金属氢化物或Mg-N′-H双金属氢化物。

所述原位嵌入的稀土氢化物纳米颗粒是LaH_z、NdH_z、SmH_z或YH_z(z＝2～3)。

所述的镁基双金属氢化物是KMgH₃、NaMgH₃、RbMgH₃、Mg₂FeH₆或Mg₂CoH₅。

本发明所涉及的主要化学反应如下所示：

Mg+Ni+M→Mg(Ni,M)   (1)

Mg(Ni,M)+N′+H₂→Mg₂N′H₆+Mg₂NiH₄+MH   (2)

Mg(Ni,M)+NH+H₂→MgNH₃+Mg₂NiH₄+MH   (3)