[发明专利]一种用于合成NaAlH4

说明书

本发明公开了一种用于合成NaAlH₄的钛基催化剂及复合储氢体系制备方法。本发明的催化剂为非晶态碳负载TiB₂的复合物(标记为TiB₂@C)，其合成过程是将Cp₂TiCl₂和LiBH₄按照摩尔比1:2进行球磨，在氩气气氛下烧结后将产物清洗并经过真空干燥后获得。复合储氢体系的制备则是将NaH，Al和催化剂直接置于氢气气氛下球磨获得。本发明的优点在于：所制备的TiB₂@C催化剂活性高，可以在室温下高效地一步催化合成NaAlH₄；所制备的复合储氢体系具有储氢量高、放氢温度低、可逆性好等优点。

技术领域

本发明涉及储氢材料技术领域，具体涉及一种用于合成NaAlH₄的钛基催化剂及复合储氢体系制备方法。

背景技术

氢具有资源丰富、燃烧热值高、产物零污染等优点，被誉为人类社会的“终极能源”。氢能的大规模推广应用涉及制取、储运和应用三大关键技术。随着工业制氢技术的发展以及燃料电池技术的进步，氢的制取和应用技术得到了大幅提升，因此安全高效的储氢技术成为了制约氢能规模化应用的瓶颈。相比于高压气态储氢和低温液态储氢，固态储氢材料由于具有储氢效率高、安全性好、成本低廉等优势而被世界各国列为重点发展方向之一。

铝基配位氢化物，如LiAlH₄(10.6wt％)、NaAlH₄(7.5wt％)、KAlH₄(5.7wt％)等，是固态储氢材料的研究热点。

LiAlH₄的理论储氢容量为10.6wt％，其中在较低的温度下释放的氢气为7.9wt％，高于NaAlH₄的储氢容量，但是LiAlH₄的放氢焓变ΔH＝-7kJ mol^-1H₂，反应不可逆，导致其放氢产物不能直接吸氢，所以对LiAlH₄的研究相对较少。NaAlH₄的储氢容量较高，吸放氢温度较温和，吸引研究者们广泛关注。NaAlH₄的放氢反应分为三步，第一步放氢生成Na₃AlH₆的和Al，并放出3.7wt％，第二步Na₃AlH₆分解生成NaH和Al放出1.9wt％，第三步NaH分解成Na和1.9wt％H₂，反应方程式如下：

3NaAlH₄→Na₃AlH₆+2Al+3H₂(3.7wt％)

Na₃AlH₆→3NaH+Al+3/2H₂(1.9wt％)

NaH→Na+1/2H₂(1.9wt％)

其中第一步和第二步反应在较低温度就可进行，而第三步反应需要的温度较高，所以一般NaAlH₄的放氢只放到第二步，其实际可用储氢容量为5.6wt％。然而，吸放氢动力学缓慢、可逆性受限、放氢温度偏高等问题仍限制着此类配位氢化物的实际应用。研究表明，钛基催化剂能够极大地改善NaAlH₄的储氢性能，并实现体系的可逆储氢，然而这些催化剂在吸放氢过程中能够反应消耗NaAlH₄，同时生成惰性副产物，不仅导致催化剂失效，而且会使得体系储氢量损失到较低水平(5wt％)。虽然前期的改性研究已经取得了重要进展，但NaAlH₄的储氢性能仍需要进一步提高，同时NaAlH₄的制备工艺仍需要进一步改善。因此，研究在吸放氢过程中稳定存在且不消耗NaAlH₄的钛基催化剂，应用于NaAlH₄的原位合成，并开发出性能优异的复合储氢材料体系，是实现NaAlH₄实际应用的关键。