[发明专利]一种二维碳化钛掺杂氢化铝钠储氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维碳化钛掺杂氢化铝钠储氢材料，由氢化铝钠和二维碳化钛Ti₂C混合机械球磨制得；所述的二维碳化钛Ti₂C呈现二维片状堆叠结构。其制备方法包括：1)二维Ti₂C制备；2)二维碳化钛掺杂氢化铝钠储氢材料的制备。作为储氢领域的应用，催化剂掺杂量为1 wt%时，体系放氢温度降至45℃，放氢量达到6.0 wt%；当催化剂掺杂量为9 wt%时，体系放氢温度降至92℃，放氢量达到5.4 wt%。本发明具有以下优点：1、有效地改善氢化铝钠的放氢性能，在温和条件下具有更高的储氢容量和放氢速率。初始放氢温度降至45℃，放氢量达到6.0 wt%；2、Ti₂C作为催化剂与氢化铝钠储氢材料更为匹配；3、具有成本低廉、制备工艺简单、反应可控等优点。

技术领域

本发明涉及新能源材料的储氢材料的技术领域，具体涉及一种二维碳化钛(Ti₂C)掺杂氢化铝钠储氢材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展以及科技的进步，能源已成为人类面临的全球性的焦点问题之一，寻找绿色高效可再生的新能源替代化石能源成为世界各国的发展目标，是解决能源短缺及环境污染问题的关键。氢能具有原料来源丰富、产物环境友好、可再生等优点成为目前最有潜力的替代能源之一。目前氢能的开发利用主要面临着生产，存储，运输三大关键问题。其中，如何将氢能安全高效作为车载存储是目前最具挑战性和商业价值的研究课题。传统的高压液态和气态储氢效率低，安全性低，成为制约车载储氢大规模商业化的重要因素，固态储氢作为一种安全、高效的储氢方式，具有极大的研究潜力，是未来最有可能被大规模使用的一种储氢方式。

金属配位氢化物NaAlH₄因为其具有较高的储氢容量(7.5 wt%)，而且其放氢条件温和，被认为是一种典型的高密度固态储氢材料，是一种很有前途的车载储氢系统，但是目前较慢的放氢动力以及较差的循环稳定性制约了实际应用。

近年来，多数研究集中在对其进行掺杂催化改性上，例如过渡金属（过渡金属单质、氢化物、氧化物及卤化物等）、稀土化合物及碳基材料各种催化剂，已报道的如Ti、TiO₂、TiF₃、HfCl₄、CeCl₃、Sm₂O₃、SmCl₃等均对NaAlH₄的储氢性能有一定程度的改善。研究发现，在NaAlH₄配位氢化物的催化储氢研究中，对于目前采用的众多金属及其它们的化合物催化剂而言，钛基化合物的催化效果最佳。

Lee等将NaAlH₄与TiO₂球磨混合，添加纳米TiO₂颗粒的混合体系的放氢量达到5.1wt%，结果表明TiO₂纳米颗粒对NaAlH₄的放氢动力学和循环性能有很好的催化作用[Gil-JaeLee, Jae-Hyeok Shim, Young Whan Cho, et al. Improvement in desorptionkinetics of NaAlH₄ catalyzed with TiO₂ nanopowder. International Journal ofHydrogen Energy[J]. 2008, 33, 3748-3753.]。然而，钛基化合物的初始放氢温度较高，基于二维金属碳化物(MXene)具有催化优越性，所以，MXene材料在催化领域中也有较为广泛的应用。

过渡金属碳化物或氮化物(MXene)是一种类石墨烯结构的新型二维材料，MXene材料独特的二维结构为离子的嵌入及脱出提供了良好的扩散通道，加快了离子在其中的扩散速率。由于其独特的二维层状结构、较大的比表面积、良好的电容性和亲水性，MXene材料被广泛用于锂离子电池、超级电容器、功能陶瓷等领域。在MXene材料中，Ti₃C₂和Ti₂C的研究较为成熟。