[发明专利]一种二维负载型纳米铝氢化物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维负载型纳米铝氢化物，包括二维碳材料和分布在二维碳材料上的铝氢化物，铝氢化物的质量分数为20～90％，铝氢化物的晶型为α与β晶型中的一种或两种。本发明还公开了二维负载型纳米铝氢化物的制备方法：以含Al金属有机化合物和二维碳材料为原料，在氩气保护下，在室温和氢气氛下进行球磨，含Al金属有机化合物氢化，得到反应产物悬浊液；将反应产物悬浊液进行抽滤并干燥，得到二维负载型纳米铝氢化物。本发明提供的纳米铝氢化物分布均匀、比表面积大，负载在二维碳材料上；本发明提供的制备方法具有工艺简单、成本低廉、生产效率高的特点，适合工业化生产；并且制备过程没有杂质元素参与，保证了高纯度。

技术领域

本发明涉及储氢材料技术领域，特别涉及一种二维负载型纳米铝氢化物及其制备方法。

技术背景

随着社会发展、人口增长，人类对能源的需求将越来越大。化石能源是当前的主要能源，但其属于不可再生能源，储量有限并迅速减少。同时，化石燃料的使用对环境造成了巨大影响。另一方面，作为一种清洁可再生能源，氢能具有高热值且来源广泛的特点。作为氢能应用的关键技术，氢气的储存与运输得到了储能材料领域的广泛关注与研究。迄今为止，氢气储运技术中的液氢、高压储氢以及金属氢化物均已在燃料电池汽车上成功应用。其中，金属氢化物的安全性最好且体积储氢密度最高。

相比于传统AB_n型金属氢化物，轻金属氢化物具有较高的重量储氢密度，如MgH₂(7.8wt.％)和AlH₃(10.1wt.％)。其中，AlH₃具有较低的放氢温度(100℃～200℃)，在经过机械球磨与加入添加剂改性后，可实现在低于100℃放氢。早期，文献G.Stecher,E.Wiberg,Ber.Dtsch.Chem.Ges.,1942,75B,2003-2012，报道了胺络合物AlH₃的合成，但纯度与产率都偏低。之后，文献A.E.Finholt,A.C.Bond,H.I.Schlesinger,J.Am.Chem.Soc.,1947,69(5),1199-1203，发明了乙醚溶液中LiAlH₄与AlCl₃反应制备AlH₃的乙醚络合物的方法。

目前，制备AlH₃主要采用文献F.M.Brower,N.E.Matzek,P.F.Reigler,H.W.Rinn,C.B.Roberts,D.L.Schmidt,J.A.Snover,Soc.,1976,98(9),2450-2453.提出的方法，但工艺复杂，原料配比以及流程条件对晶型影响较大，制备的AlH₃往往以多晶相存在。另一方面，文献[H.Saitoh,A.Machida,Y.Katayama,K.Aoki,Applied Physics Letters,2008,93(15),2450.]报道了金属Al单质直接在高氢压高温条件下氢化制备AlH₃，但反应条件苛刻，氢气压力高达10GPa且温度需要高于600℃。虽然目前已有各种改进技术，但都无法克服种种弊端，诸如工艺流程复杂或制备条件苛刻。

纳米化方法是将材料控制在纳米尺度，其高比表面积使氢原子在固相中具有更短的扩散路径，从而降低储氢材料动力学势垒与热力学稳定性，是提升储氢材料性能的有效手段，并且在其他体系氢化物中已经取得出色成果。但是由于铝氢化物复杂的制备条件，目前暂无很好的铝氢化物纳米化方法。

文献[C.W.Duan,L.X.Hu,D.Xue.Green Chem.,2015,17,3466-3474]提出了一种利用其他氢化物与AlCl₃反应球磨，固相合成纳米尺度AlH₃的方法，但是制备过程之中引入的其他金属原子与氯原子一直存在于最终产物之中，这些不参与放氢过程的杂质元素不仅极大影响材料的储氢性能，更造成整体材料的储氢容量大大降低。同时，仍然没有相关在相对温和的条件下制备纳米尺度的AlH₃并负载于纳米载体之上的报道。

发明内容