[发明专利]一种纳米复合储氢材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种纳米复合储氢材料及其制备方法,具体涉及负载金属催化剂的以碳纳米管为骨架结构的二维六方氮化硼纳米复合储氢材料及其制备方法,该储氢材料合成步骤为：第一步，制备二维六方氮化硼纳米片；第二步，在二维六方氮化硼纳米片上负载金属催化剂；第三步，应用气相沉积法在负载催化剂的二维六方氮化硼纳米片上生长碳纳米管。本发明方法所得到的纳米复合储氢材料有效的结合毛细管储氢和表面吸附储氢，是一种新型的低维高效储氢构型，可以实现体积小、重量轻、安全及储氢密度高，最高储氢率可达8‑11wt%,具有比较高的机械性能，比表面积高，体系孔隙大，合成方法可靠，适合规模化生产,便于氢能源的推广使用，从而有效减缓温室效应和环境恶化等问题。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合储氢材料及其制备方法，具体涉及一种以碳纳米管为骨架结构的二维氮化硼储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢能已经被公认是21世纪最干净的、低碳环保的能源。由于氢在地球水资源中含量丰富，以及氢气较高的燃烧热和反应产物无公害等诸多优点，越来越引起世界各国家地区新能源开发工作者们的广泛关注。然而，现有的传统技术方法不能安全地存储和运输氢气以满足未来的需求。因此，将氢气储存在一种小且轻、便携及安全的储氢材料中并实现氢气高效存储和释放是氢气在未来被广泛使用的重要条件。目前制约氢能源推广发展的主要因素是难以找到一种性能优异的储氢材料。传统的低温储氢、高压储氢和室温新材料储氢对储氢的条件和储氢材料本身的要求苛刻，不利于推广。碳纳米管和二维六方氮化硼纳米片由于大的比表面积、大的表面活性以及优异的物理化学性能在储氢方面吸引了研究者的关注。

碳纳米管储氢的研究进展：

1999年该研究组研究了提纯和短切单壁碳纳米管的储氢特性[可参考文献DillonAC, Gennett T, Allenman JL, et al.Proceeding of the 1990 US DOS hydrogenprogram review.1999]，结果表明在常温、常压下这种样品可吸附3.5-4.5%（重量）的氢。2000年，该研究小组报道了经超声波预处理提纯的单壁碳纳米管样品的储氢量达到5.0%（重量）[可参考文献Dillon AC, Gennet T, Alleman JL, et al. Proceeding of the2000 US DOS hydrogen program review. 2000]。见图1所示。

二维六方氮化硼储氢的研究进展：

本征二维六方氮化硼可用于高密度储氢。已有多篇文献研究表明二维六方氮化硼掺杂其他原子或原子基团改变表面电负性可用于高密度储氢，例如掺杂Ti[可参考文献Durgun E, Jang Y R, Ciraci S. Hydrogen storage capacity of Ti-doped boron-nitride and B/Be -substituted carbon nanotubes[J]. Physical Review B, 2007,76(7):3009-3014.]，过渡元素[可参考文献Shevlin S A, Guo Z X. Transition-metal-doping-enhanced hydrogen storage in boron nitride systems[J]. Applied PhysicsLetters, 2006, 89(15):153104-153104-3.]，CLi₃和OLi₂等[可参考文献Hussain T, DeSarkar A, Kang T W, et al. Hexagonal Boron Nitride Sheet Decorated byPolylithiated Species for Efficient and Reversible Hydrogen Storage[J].Science of Advanced Materials, 2013, 5(12):1-7.]，储氢重量密度均大于3.5%。见图2所示。

但是上述现有技术的缺点有：