[发明专利]一种硼氢化钠/氮掺杂石墨烯储氢复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硼氢化钠/氮掺杂石墨烯储氢复合材料及其制备方法。该储氢复合材料是以氮掺杂石墨烯NG为添加剂，将其与硼氢化钠NaBH₄复合而成，其中，NaBH₄与NG的质量比为9:1。其制备方法如下：首先采用水热法向石墨烯G分散液中分别加入三种不同氮源(三聚氰胺C₃N₃(NH₂)₃+吡咯C₄H₅N；C₃N₃(NH₂)₃；C₄H₅N)，得到三种不同氮掺杂石墨烯NGX(X=1，2，3)，随后在氩气氛围下采用球磨法将NaBH₄分别与三种NGX以9:1的质量比充分混合，从而得到NaBH₄/NGX储氢复合体系，其中，球磨机转速为1000r/min，球料比为30:1，球磨时间为2h，每球磨1h，停机15min。该复合材料的起始放氢温度较同等球磨条件下的纯NaBH₄显著降低，且可快速脱氢。本发明所涉及的制备工艺简单，原材料来源广泛，成本低廉，是一种有效改善NaBH₄储氢性能的方法。

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，具体涉及一种硼氢化钠/氮掺杂石墨烯储氢复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球能源需求的与日俱增以及环境问题的急剧恶化，对开发利用安全和环保的可再生新能源的研究迫在眉睫。氢能作为一种新型清洁能源，其具有能量密度高，燃烧产物清洁无污染，资源丰富，以及生产和应用形式多样等特点，被认为是化石燃料最理想的替代能源。氢能的开发利用主要包括氢能的制取、储存、运输以及使用等几个方面的技术问题，尽管在制氢与用氢领域均已实现了一系列的重大突破，储氢技术的发展成为了制约氢能经济发展的瓶颈问题。在现有的储氢技术中，固态储氢被认为是最安全高效的储氢技术。而固态储氢材料中的大部分络合氢化物(轻质金属配位氢化物)凭借其极高的储氢容量和较好的安全性能成为了车载氢氧燃料电池应用中极具发展前景的储氢材料。与其他络合氢化物相比，硼氢化钠(NaBH₄)具有成本低、环境稳定性高、对储存环境的要求低、毒性低以及释放的氢气纯度也较高等优点，成为了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和硼氢化物燃料电池(DBFC)系统的最有发展前景的潜在储氢材料。然而，NaBH₄在实际应用中存在着严重的吸放氢热、动力学性能缓慢等应用瓶颈问题。为改善NaBH₄的放氢性能，国内外研究学者开展了大量的改性研究工作并取得了一定的进展。

催化剂掺杂是改善NaBH₄放氢性能的重要手段，并且大量的研究表明石墨烯(G)由于其特殊的单层碳原子结构对NaBH₄的储氢性能表现出更显著的改善效果。G不仅可以高效催化NaBH₄放氢反应的进行，而且能够在球磨过程中抑制NaBH₄颗粒团聚从而促进其均匀分散，进而使得NaBH₄颗粒平均尺寸减小以获得更好的放氢热、动力学性能。众所周知，G的物理、化学及电子性质可通过元素掺杂来实现进一步调控，氧(O)、硼(B)、氮(N)、磷(P)以及硫(S)等非金属杂原子掺杂的G已备受国内外研究者们的关注。这些非金属原子主要以取代或与G中碳原子共价结合的方式掺杂于G晶格中，并且氮掺杂石墨烯NG在燃料电池以及储氢催化等领域都得到了大量的应用。因此，NG的添加不乏是一种改善NaBH₄放氢性能的有效方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硼氢化钠/氮掺杂石墨烯储氢复合材料及其制备方法。本发明首先采用水热法制备氮掺杂石墨烯NG，然后将其与硼氢化钠NaBH₄进行机械球磨，从而得到一种新型的具有良好放氢性能的硼氢化钠/氮掺杂石墨烯储氢复合材料。

本发明的技术方案如下：