[发明专利]过渡金属纳米片/MgH2复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属纳米片/MgH₂复合材料，该复合材料包括过渡金属纳米片和MgH₂，过渡金属纳米片占所述过渡金属纳米片/MgH₂复合材料总质量的3％～10％。本发明还公开了上述过渡金属纳米片/MgH₂复合材料的制备方法和作为储氢材料的应用。本发明提供的过渡金属纳米片/MgH₂复合储氢材料具有良好的中低温放氢动力学性能和较高的放氢量，并且制备方法简单，原料成本低，可应用于小型移动设备，笔记本电源，独立电堆系统的供氢源等领域。可适用于大规模开发应用。

技术领域

本发明涉及储氢材料，特别是一种过渡金属纳米片/MgH₂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于化石能源为不可持续利用资源，且化石能源使用时伴随着CO₂和各种污染物排放，因此，发展以氢作为能源载体的清洁可再生能源技术成为全球的共识，其中与燃料电池氢源系统相关的新型高容量储氢材料的研究与应用受到世界各国的充分重视。迄今为止，储氢技术中的液氢、轻质高压容器以及金属氢化物系统均已在燃氢汽车或电动汽车上成功运行。上述三种储氢系统中，固态储氢材料的安全性好，体积储氢密度最高，然而，传统金属氢化物(如LaNi₅、TiMn₂等)的重量储氢密度低于2.0wt.％，难以满足实际应用中的储氢密度要求；而 MgH₂虽然储氢容量高达7.6wt.％，但MgH₂需在300℃以上才能有效吸放氢，且其缓慢的吸放氢动力学性能限制其实际应用(L.Schlapbach，A.Züttel.Nature，414(2001)353-358.)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以在中低温条件下实现快速吸/放氢的过渡金属纳米片/MgH₂复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述过渡金属纳米片/MgH₂复合材料的制备方法和应用。

技术方案：本发明提供一种过渡金属纳米片/MgH₂复合材料，该复合材料包括过渡金属纳米片和MgH₂，过渡金属纳米片占过渡金属纳米片/MgH₂复合材料总质量的3％～10％。

优选的，过渡金属为磁性单质金属或磁性合金；磁性单质金属为Fe、Co或 Ni等磁性过渡金属，磁性合金为包含Fe、Co和Ni等磁性过渡金属中至少一种的合金；MgH₂为微米尺度的粉末颗粒，过渡金属纳米片为厚度为纳米尺度的片层状固体；复合材料中，过渡金属纳米片均匀分布在MgH₂中；进一步优选地， MgH₂的颗粒尺寸为0.5～0.8μm，过渡金属纳米片的片层厚度为10～100nm。本发明另一方面提供一种上述过渡金属纳米片/MgH₂复合材料的制备方法，该方法包括：将上述过渡金属纳米片和MgH₂混合，使过渡金属纳米片和MgH₂的混合物中，过渡金属纳米片的质量分数为3％～10％，然后将混合物在惰性气氛中球磨。

上述惰性气氛是指压力为0.1～0.2MPa的氩气气氛；球磨转速为300～500rpm，球磨时间为1～10h；优选的，上述球磨时间为2h，球磨在充氩保护压力为0.1MPa 条件下进行。

具体地，过渡金属纳米片的制备方法包括以下步骤：

1)将过渡金属、油酸、油胺和庚烷混合，以300～500rpm的转速连续球磨 20～40h；

2)将步骤1)球磨的得到的样品置于油酸、油胺和庚烷的混合溶液中超声 10～30min，静置10～30min后分离上层清液，对分离得到的上层清液进行磁分离，将磁分离得到的固体用酒精清洗，干燥，即得所述过渡金属纳米片。