[发明专利]一种纳米氢氧化镍掺杂的复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料的储氢储氢材料的技术领域，具体是一种纳米氢氧化镍掺杂的复合储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢能作为一种高效、清洁、可再生的二次能源,为解决能源短缺和环境污染等全球性问题提供了有效途径和方法。但是,氢能的大规模普及应用还面临着一系列的问题,主要存在于制氢、储氢、氢的利用等环节上。而高效、安全的储氢技术的缺乏是目前面临的最严峻的挑战,是制约氢能利用的瓶颈。

在目前研究的众多储氢材料中，配位金属氢化物具有最高的理论含氢量，是最具应用潜力的储氢材料之一。其中，LiBH₄的理论含氢量高达18.4 wt%,引起了国内外研究者的广泛关注。但LiBH₄的分解焓和熵分别为74 kJ/mol H₂和115 J/(mol.K) H₂，热力学稳定性高，需要在较高温度下才能开始放氢反应[P. Mauron, F. Buchter, O. Priedrichs, A. Remhof, M. Bielmann, C. N. Zwichy and A. Ziittel. Stability and Reversibility of LiBH₄. Journal of Physical Chemisty B, 2008, 112,906-910.]，而且LiBH₄在放氢过程中，伴随着少量B₂H₆的放出，不利于其实际应用。

Pinkerton等人[F. E. Pinkerton, C. P. Meisner, M. S. Meyer, M. P. Balogh and M. D. Kundrat. Hydrogen desorption exceeding ten weight percent from the new quaternary hydride Li₃BN₂H₈.Journal of Physical Chemistry B, 2005, 109: 6-8.]通过将LiBH₄与LiNH₂按照摩尔比1:2进行复合制备出了新型Li-B-N-H体系储氢材料。当温度加热至~350℃时，该Li-B-N-H体系的放氢量约10 wt%，放氢性能与LiBH₄和LiNH₂相比均显著提高，引起了人们的广泛关注。大量研究发现，过渡金属及其化合物的添加可显著降低LiBH₄-LiNH₂复合体系的放氢温度。Pinkerton等[F. E. Pinkerton, M. S. Meyer, G. P. Meisner, M. P. Balogh. Improved Hydrogen Release from LiB_0.33N_0.67H_2.67 with Noble Metal Additions. J. Phys. Chem. B, 2006, 110(15): 7967-7974.]将附载了约50 wt%、直径约2nm的Pt金属纳米颗粒的Vulcan carbon作为催化剂添加到LiBH₄-LiNH₂体系中。结果发现，添加5 wt%催化剂时，体系的起始放氢温度从250℃低至150℃，放氢结束温度降低了90℃；在210℃以下体系的总放氢量达到了11.18wt%。随后，进一步研究发现，添加了5%NiCl₂对Li-B-N-H体系有明显的改善效果，体系的起始放氢温度从250℃低至130℃，放氢结束温度降低了104℃。Graetz等人[J. Graetz, S. Chaudhuri, T. T. Salguero, J. J. Vajo, M. S. Meyer, F E Pinkerton. Local bonding and atomic environments in Ni-catalyzed complex hydrides. Nanotechnology,2009, 20: 204007-(1-8).]研究了Ni催化Li-B-N-H体系的作用机理，结果表明Ni基催化剂在催化Li-B-N-H体系的放氢的过程中以类似Ni₃B的结构存在，而且Ni₃B表面化学吸附H₂的动力学势垒较小。虽然通过添加过渡金属基催化剂的方法可显著提高Li-B-N-H体系的放氢动力学性能，但热分析测试发现，体系的放氢温度仍然较高。