[发明专利]一种纳米氢化镁储氢材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米氢化镁储氢材料的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明采用热场辅助机械球磨工艺，将二丁基镁的烷烃溶液在100‑200℃下加热湿法球磨1‑4小时，制备得到氢化镁的悬浊液，再经干燥得到纳米结构的氢化镁。所得氢化镁的颗粒尺寸可以普遍小于10nm，且尺寸均匀，纳米氢化镁的吸放氢温度显著降低。本发明的纳米氢化镁制备工艺操作简便，耗时较短，操作温度较低，解决了以往制备纳米氢化镁所需耗时长或操作温度高、氢化物晶粒偏大的问题，同时改善了氢化镁的储氢性能，具有理想的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及纳米金属镁基氢化物材料，是一种具有较优储氢性能的纳米材料。

背景技术

氢能源作为一种可再生的清洁二次能源，具有许多优点，但储运技术极大地限制了其实际应用。相较于高压气瓶储氢或低温液态储氢，固态储氢具有高能量密度、高安全性、高效等优点，被认为是最有发展前景的一种储氢方式。氢化镁储氢容量高（理论容量为7.6wt%），同时镁资源储量丰富、成本低廉，因此是理想的固态可逆储氢材料之一，但是氢化镁的脱氢动力学和热力学性能较差，使得其吸放氢温度普遍高于350℃，限制了其实际应用。而纳米氢化镁颗粒由于其特殊的小尺寸效应和界面效应，有望实现氢化镁的储氢动力学与热力学性能的双调控。

目前氢化镁纳米颗粒材料主要的制备方法有：机械球磨法、物理/化学气相沉积法、热解法、电化学沉积法和等离子体法等。这些制备方法各有特色和优点，但也有一些不足，如球磨法工艺简单，但一般高能球磨即使球磨长达100小时能达到的晶粒尺寸也局限在20nm以上、颗粒尺寸100nm以上，且制备得到的纳米氢化镁通常只是动力学性能得到改善，对热力学性能的影响很小；沉积法得到的产物纯度高，但是通常由于基底的存在使得材料整体的储氢容量非常低；等离子体法的产物产率高，但对于设备要求较高造价昂贵；有机溶液热解法制备得到的氢化镁纳米颗粒尺寸均匀、颗粒形貌好、可调控性强，但是一般热解所需温度高、时间长，一般需要在200℃下加热24小时，产物晶粒尺寸大（大于30nm），或需要石墨烯进行负载。针对以上方法，本发明改进了热解法和球磨法，用球磨法辅助热解法制备氢化镁纳米颗粒，所需温度低、时间短，所得氢化镁纳米颗粒具有球型或多边型形貌，颗粒尺寸小且均匀，纳米氢化镁的吸放氢温度显著降低。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提出一种所需温度更低时间更短、操作更简便的氢化镁纳米颗粒材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种纳米氢化镁（MgH₂）储氢材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将1mol/L的二丁基镁的庚烷溶液和除庚烷之外的烷烃溶剂相混合，所述二丁基镁的庚烷溶液和除庚烷之外的烷烃溶剂的体积比为1：0-1：25，得二丁基镁的烷烃溶液；

（2）取步骤（1）中所得二丁基镁的烷烃溶液放入球磨罐中，在0.1-5 MPa氢气或氩气气氛中，在转速为200-500r/分钟，球磨球的质量与二丁基镁的烷烃溶液的体积比为1.5g/mL-5g/mL，球磨罐的加热温度为100-200℃的条件下，球磨1-4小时，得悬浊液；

（3）将步骤（2）中的悬浊液，离心，固液分离取固体，将所述固体真空干燥，得纳米氢化镁颗粒。

优选地，球磨过程中每球磨1小时，球磨机停止，冷却，将罐内氢气或氩气气体抽除后再补入0.1-5 MPa的氢气或氩气气体，继续球磨。

优选地，步骤（2）所述氢气或氩气气氛具体实现步骤包括封罐后用氢气或氩气清洗球磨罐内气氛，然后抽真空，再重复一次清洗和抽真空步骤，最后通入氢气或氩气作为反应气氛。

优选地，步骤（1）中的除庚烷之外的烷烃溶剂为环己烷。

优选地，步骤（2）中球磨罐的加热装置为电加热套，套在所述球磨罐的外面。