[发明专利]一种室温吸氢的镁基储氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种室温吸氢的镁基储氢材料及其制备方法，该制备方法包括：在惰性气体或氢气气氛下，将MgH₂与N掺杂的铌氧化物基催化剂进行球磨，得到室温吸氢的镁基储氢材料；所述MgH₂与N掺杂的铌氧化物基催化剂的质量比为10～150:1；N元素与Nb元素的摩尔比为0.005～0.15:1。本发明将N元素引入到铌氧化物基催化剂中，再与MgH₂进行球磨，得到的镁基储氢材料与不掺杂N的铌氧化物基催化剂相比，具有更优异的催化活性，可以进一步提高镁基储氢材料的吸放氢性能，显著降低吸放氢温度，使其在室温下就能够完全氢化；此外，镁基储氢材料还保持了较快的吸放氢速度、循环稳定性高，且储氢容量保持在6.0wt％以上。

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种室温吸氢的镁基储氢材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展与人类社会的进步，传统的化石燃料难以满足人类对于能源不断增加的需求，开发氢能为载体的新型能源体系已成为实现人类社会可持续发展的关键。尤其是随着燃料电池技术的发展，氢作为车载能源的技术越来越重视，而氢的储存技术正是制约其实际应用的瓶颈。

金属氢化物储氢是一种安全、高效、经济的储氢方式，通过氢气与储氢金属之间进行的可逆反应，实现了氢的储存和释放。在众多储氢材料中，MgH₂以其7.6wt％的氢气容量而备受关注，同时，因其良好的可逆性、天然丰度、低成本和环境友好性，成为了最具发展前景的储氢介质之一。然而，MgH₂的焓变(ΔH:75kJ/mol-H₂)和反应能垒(ΔE:161kJ/mol)较高，导致其脱加氢温度过高、动力学性能较差，这在很大程度上限制了其在车载储氢上的实际应用。

添加催化剂是最有效的改善MgH₂吸放氢性能的方法。目前，主要通过球磨法来向MgH₂中引入催化剂，添加的催化剂包括过渡金属，稀土金属和它们的化合物等，甚至碳基材料也已经被用于MgH₂的改善。

Nb基材料是较为常用的催化剂，其中Nb₂O₅的效果最为显著，Barkhordarian等人(G.Barkhordarian,T.Klassen,R.Bormann,Fast hydrogen sorption kinetics ofnanocrystalline Mg using Nb₂O₅as catalyst,Scr.Mater.,2003,49,213–217.)最先将0.2mol％Nb₂O₅添加到MgH₂中，发现该体系能在300℃下快速吸放氢。

之后，Hanada等人(N.Hanada,T.Ichikawa,H.Fujii,Remarkable improvement ofhydrogen sorption kinetics in magnesium catalyzed with Nb₂O₅,J.Alloys Compd.,2006,446,67-71.)通过混合MgH₂与1mol％的Nb₂O₅，实现了在150℃下的5wt％吸氢量。

然而，尽管添加Nb₂O₅后MgH₂的性能有所改善，氢的完全的解吸与吸收仍需要在250℃的高温下完成，这对镁基储氢材料的实际应用相当不利。因此，进一步开发更高效的催化剂，降低镁基储氢材料的吸放氢温度，具有重要的实际应用意义。

发明内容

本发明提供了一种室温吸氢的镁基储氢材料及其制备方法，该方法制备的储氢材料不仅吸放氢温度显著降低，并保持了较快的吸放氢速度，而且材料的循环稳定性高，储氢容量保持在6.0wt％以上。