[发明专利]用于增加材料中的氢捕集空位的方法

说明书

本发明公开了用于增加金属结构中的空位和用于改善金属结构中的氢加载比率的方法和设备。所述金属结构包括一种或多种过渡金属或金属合金。所述金属结构通过形成金属有机前体，和将所述前体还原成金属结构来制备，其中金属原子的配位数减少并且所述金属结构中的所空位增加。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月29日提交的美国临时专利申请No.62/478,088的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体涉及增加过渡金属结构中的缺陷或空位，更具体地，涉及减少金属结构中的金属原子的配位数以增加氢捕集空位。

背景技术

一些过渡金属已知具有良好的氢吸收能力，并且可用于储氢。还众所周知的是，少数过渡金属当加载有氢/氘时可用作放热反应中的催化剂。研究表明，在此类放热反应中所生成的异常热量的量取决于该反应中所用催化剂的氢加载比率。

氢加载比率测量了(在加载有氢/氘的过渡金属晶格中)晶格中的氢/氘原子的数量对金属原子的数量的比率。氢加载比率反映了已加载至金属晶格中的氢/氘的量。在正常条件下，过渡金属晶格可实现0.8-0.9的氢加载比率。通常难以实现接近或高于1.0的氢加载比率。各种技术可用于增加过渡金属中的氢加载比率。但是，这些技术通常需要高压力和高温度暴露。在一些情况下，可需要大约数天的过量时间要求。在一些情况下，缺乏可预测性和控制。

因此，本领域存在对于改善过渡金属晶格的氢加载能力的需求。

本文件的背景技术部分提供用于将本发明的实施例置于技术和操作语境中以协助本领域的技术人员理解其范围和实用性。背景技术部分所描述的方式可奉行，但非必然地为先前已设想或已奉行的方式。因此，除非明确地指明，本文的陈述非承认仅为背景技术部分所包括的现有技术。

发明内容

以下内容呈现了本公开的简要发明内容以向本领域的技术人员提供基本理解。本发明内容不是本公开的全面概述，并且不旨在标识本发明的实施例的关键/重要元素或描绘本发明的范围。本发明内容的唯一目的是以简要形式呈现本文所公开的一些理念，作为随后呈现的具体描述的前序。

本申请公开了用于增加金属结构中的空位的示例性方法和设备。金属结构中的较多空位改善了金属结构的氢加载能力。

在一些实施例中，过渡金属结构中的空位通过减少位于晶体面的相交部处的金属原子的配位数来增加。过渡金属或金属合金包括以下金属中的一种或多种：钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铬(Cr)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、铁(Fe)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)和铅(Pb)。

在一个实施例中，制备包括过渡金属或金属合金的金属有机液相前体。例如，金属有机液体前体可包括金属乙酰丙酮化物、甲醛溶液和1-辛胺溶液。金属有机液相前体然后还原成金属结构。例如，还原金属有机液体前体的过程可包括以下步骤。首先，金属乙酰丙酮化物溶液在第一温度下加热第一时间段。加热溶液然后冷却至室温，并且将溶液进行离心分离以得到纳米晶体的固体产物。纳米晶体的固体产物用乙醇或丙酮或两者的混合物进行冲洗。在一些实施例中，纳米晶体的固体产物用乙醇或丙酮或两者的混合物冲洗多次，例如，两次至五次。

在一个实施例中，将金属乙酰丙酮化物溶液还原成金属结构的过程包括将由硼硅酸盐玻璃制成的基板加热至第一温度，并利用脉冲序列将金属乙酰丙酮化物沉积于基板上。在一个实施例中，脉冲序列包括由N₂、N₂吹扫、空气和N₂吹扫所承载的金属乙酰丙酮化物。