[发明专利]一种碳负载铋的铝基复合制氢材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳负载铋的铝基复合制氢材料。首先以一定的量之比，让络合剂和铋盐发生络合反应、生成金属铋的络合产物经热处理制得碳负载铋（C@Bi）的复合材料；然后，以一定质量比，将Al粉与C@Bi材料进行球磨制成。其制备方法包括以下步骤：1）C@Bi复合材料的制备；2）碳负载铋的铝基复合制氢材料的制备。该材料作为水解制氢材料的应用，即单位质量产氢量为1150‑1200 mL/g、产氢速率为3800‑5800 mL/g min及产氢率为94‑100%。具体原理为利用Bi元素与络合剂之间螯合作用，实现Bi原子在有机物内的均匀分布；保证了有机物在碳化形成碳材料后，能对Bi原子形成有效的包覆，避免了Bi原子之间的冷焊、团聚；并且C@Bi复合材料中的碳材料在水解过程中发挥电子传输的重要作用。

技术领域

本发明属于能源技术领域，具体是一种碳负载铋的铝基复合制氢材料的制备及应用。

背景技术

氢能作为一种具有应用前景的清洁能源，已得到广泛的关注和研究。近年来Al-H₂O反应制取氢气的方法引起了广泛关注，铝基制氢材料具有能量密度大、便于储存、原料成本低廉、原料易获得、Al-H₂O反应产物环境友好、可循环使用等优点。

目前铝基复合制氢材料制备方法主要有熔炼法和机械球磨法，2007年Fan 等人（Fan M Q, Xu F, Sun L X. Studies on hydrogen generation characteristics ofhydrolysis of the ball milling Al-based materials in pure water[J].International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32(14):2809-2815.）采用球磨的方法来制备铝基制氢材料，实现了室温下能产氢765 mL/g的效果。但是该技术因首次采用球磨法制备铝基制氢材料，并未考虑金属在球磨过程中的冷焊、团聚问题，因此，该材料产氢性能存在很大的提升空间。

针对上述球磨过程的冷焊、团聚问题，2010年Mahmoodi K等人（Mahmoodi K ,Alinejad B . Enhancement of hydrogen generation rate in reaction of aluminumwith water. Int. J. Hydrogen Energy 35, 5227-5232[J]. International Journalof Hydrogen Energy, 2010, 35(11):5227-52323.）采用球磨法制备了Al-NaCl材料，其中Al：NaCl的物质的量之比为1:1.5，即NaCl的添加量为76.5 wt%，材料产氢效果最好，达到理论转化率，其产氢量319.6 mL/g，产氢率100%，平均产氢速率210 mL/min。该方法通过引入无机盐NaCl作为助磨剂，基本解决了冷焊、团聚问题，实现了铝基制氢材料产氢性能的提高；并揭示了助磨剂的工作原理——通过助磨剂包裹金属原子，减弱金属原子之间的作用力从而实现阻碍金属原子之间的冷焊、团聚。但是该材料存在的技术问题十分明显，即加入的无机盐在球磨过程中，仅起到助磨剂作用，没有对后续的铝水反应起催化作用，并且添加量较多，严重碱降低了制氢材料的单位质量产氢量。因此，选择适宜的、多功能、高效助磨剂，可以有效提高铝基制氢材料的性能。