[发明专利]一种用于化学链循环氧储氢的核壳储氢材料及制备方法

说明书

本发明公布了一种用于化学链循环氧储氢的核壳储氢材料及其制备方法。该材料分两步制备，分别采用水热合成法和溶胶凝胶法。第一步是将Fe₃O₄溶于硝酸并磁分离后得到酸改性的Fe₃O₄，洗涤后加入十六烷基三甲基溴化铵、葡萄糖和水，在高压釜中溶剂热处理，磁分离得Fe₃O₄@C微球。第二步是将Fe₃O₄@C微球溶于乙醇和氨水，同时将乙醇稀释的钛酸丁酯缓慢滴入上述溶液中并搅拌。磁分离混合溶液，煅烧所得固体物质，得到核壳储氢材料Fe₃O₄@TiO₂。本发明所述的核壳储氢材料采用在材料中创造氧空位，再由氧空位逆变产氢的间接储氢方式，理论储氢密度达120kg/m³以上。该材料中惰性载体TiO₂包覆在活性组分Fe₃O₄表面，有效防止活性组分的烧结和团聚，使材料的循环稳定性显著提高。

技术领域

本发明涉及材料制备和化学链储氢领域，特别涉及一种用于化学链循环氧储氢的高稳定性的核壳储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢能的是一种燃烧热值大，无污染的可再生能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。有效利用氢能的关键是开发高效、可大规模应用的储氢技术。

目前最常见的储氢技术分为物理储氢和化学储氢。物理储氢中的高压储氢和液压储氢，已经能够实现大规模商业化的氢能存储，但是高压带来的安全隐患依旧制约着这两种储氢技术的应用，除此之外，高压储氢和液压储氢还存在能耗高、占地面积大等缺点；化学储氢主要实施方式有储氢合金、金属氢化物和有机物储氢等。化学储氢材料具有储氢密度高、反应条件温和、安全性好等优点。但由于制备成本过高，化学储氢材料现在还处于实验室研究阶段，未见商业化报道。易污染环境等缺点也给化学储氢技术的推广带来困难。

化学链储氢技术是一种新型的储氢技术,它的创新之处在于利用氧空位间接储氢，因为一个氧空位对应两个氢，所以理论上循环氧空位储氢材料的储氢密度是传统的氢空位储氢材料的两倍。以钴铁载氧体为例说明其储氢原理：

储氢过程：

释氢过程：

载氧体中的活性成分是铁氧化物。储氢过程中,铁氧化物中的氧与氢结合变成水,铁氧化物被还原为低价铁氧化物。每1个氧原子结合2个氢原子，对应产生一个氧空位。释氢过程中,1个氧空位裂解1分子水，水中的氧留在氧空位中，氢则以氢气的形式释放出来，同时低价铁氧化物被氧化,载氧体可以再次用于储氢，从而实现氢气的可逆储放。

现有的化学链储氢的材料在高温下易烧结、团聚，导致部分活性组分失活，材料储氢性能大幅下降。因此，寻找高稳定性化学链储氢材料的制备方法具有重要意义。

发明内容

技术问题：为了解决现有化学储氢材料存在的储氢密度低、循环稳定性差等问题，本发明提供了一种用于化学链循环氧储氢的高稳定性的核壳储氢材料及其制备方法。材料采用化学链储氢原理，理论储氢密度是传统氢空位储氢的两倍。材料具有核壳包覆式结构，惰性载体TiO₂均匀的包覆在活性组分Fe₃O₄表面，有效减少了活性组分在高温下的烧结和团聚，材料循环稳定性大大提高。

技术方案：本发明的一种用于化学链循环氧储氢的核壳储氢材料化学式为Fe₃O₄@TiO₂，该储氢材料具有核壳包覆式结构，作为壳层的惰性载体TiO₂均匀的包覆在活性组分Fe₃O₄表面。