[发明专利]一类用于催化有机储氢液体吸氢和放氢的稀土纳米储氢合金及其制备方法

说明书

本发明属于储氢技术领域，具体涉及一类用于催化有机储氢液体吸氢和放氢的稀土纳米储氢合金及其制备方法。该稀土纳米储氢合金为LaNi₅合金，该LaNi₅合金由如下步骤而制得：1）将LaCl₃∙7H₂O和NiCl₂∙6H₂O按比例得到混合溶液后，加入浓碱溶液进行反应得到混合氢氧化物前驱体；2）将该混合氢氧化物前驱体与KCl、CaH₂混合后进行高温还原反应得到LaNi₅合金。本发明的稀土纳米储氢合金同时解决了两个问题：一方面解决了现有技术中使用有机储氢液体的高效吸放氢催化剂成本较高，及需要使用不同的贵金属的问题；另一方面解决了现有技术中制备纳米LaNi₅过程较为复杂，得到的催化剂稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于储氢技术领域，具体涉及一类用于催化有机储氢液体吸氢和放氢的稀土纳米储氢合金及其制备方法。

背景技术

氢能源具有清洁无污染、热值高等一系列的优势，被许多人认为是改变现今以化石能源为主能源结构，实现人类社会永续发展的最佳选项。但是氢能的利用有三个主要的瓶颈：氢气的大规模制备，氢气的存储和燃料电池的效率。特别是储氢方面，目前商业化比较成功的技术是高压储氢和低温液化氢气，这两种方式对于存储设备的安全性上有很高的要求，通常需要很高的压力（700-800 bar）或者很低的温度（-252 ℃）。

以N-乙基咔唑为代表的有机储氢液体是最有可能解决储氢问题的方案之一，它的安全性和液体特性尤其适用于大规模存储及输运氢气。但是其吸放氢动力学差，目前常用的吸氢和放氢催化剂都是贵金属，并且这两个过程使用的贵金属均不相同，导致使用成本太高，难以投入实际应用。N-乙基咔唑为例，吸氢过程最好的催化剂是Ru/Al₂O₃，放氢过程最好的催化剂是Pd/SiO₂，Ru、Pd两种金属形成合金，可以同时催化吸放氢反应。

LaNi₅作为最早被发现的吸氢合金，有几十年的研究历史。除了传统的电弧熔炼法，上个世纪八十年代我国还发明出了许多软化学合成的方法：如草酸沉淀法，柠檬酸络合还原法，燃烧蔓延-CaH₂还原的合成方法。软化学法合成出的LaNi₅粒径较小（通常在几微米或者几百纳米），具有改善的储氢性能，在加氢反应中具有更优的催化活性。但这些方法使用的还原温度通常大于900 ℃，前体制备过程较为复杂，且用于催化加氢反应后LaNi₅的合金相容易分解。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一类用于催化有机储氢液体吸氢和放氢的稀土纳米储氢合金及其制备方法。本发明基于储氢合金LaNi₅本身能够快速可逆吸放氢的特性发展了一类具有催化N-乙基咔唑吸氢和放氢能力的非贵金属催化剂，显著降低了催化剂的成本，实现了储氢合金应用于与氢相关反应的设想，对于有机储氢液体的实用化有着重要的意义。

为了解决上述现有技术中存在的问题，具体的技术方案为：

一类用于催化有机储氢液体吸氢和放氢的稀土纳米储氢合金，该稀土纳米储氢合金为LaNi₅合金，该LaNi₅合金由如下步骤而制得：1）将LaCl₃∙7H₂O和NiCl₂∙6H₂O按比例混合，得到混合溶液后，加入浓碱溶液进行反应，得到混合氢氧化物前驱体；2）将该混合氢氧化物前驱体与KCl、CaH₂混合后进行高温还原反应得到LaNi₅合金。

优选的，步骤1）中，所述LaCl₃∙7H₂O和NiCl₂∙6H₂O的摩尔比为1：5～5.5。