[发明专利]一种铝硅基制氢体系的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基制氢体系的制备方法，以铝粉、可溶性惰性金属盐和硅粉为原料；氩气气氛机械混合、高温烧结，再与碱和金属氟盐机械球磨，获得铝硅基制氢体系；铝粉和硅的摩尔比为0.3‑3；可溶性惰性金属卤盐为氯化铋、氟化锡、氟化亚锡、氯化锡、氯化亚锡、氯化铜、氟化铜、氟化银、氟化铟和氟化镓的一种或两种；可溶性惰性金属卤盐与铝的摩尔比为0.01‑0.1；碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂的一种或两种；金属氟盐为氟化钠、氟化钾、氟化锂和氟化铵的一种；碱与铝硅的摩尔比为0.01‑0.2；氟盐与铝硅摩尔比的0.01‑0.1；该制氢材料与水反应，氢气产率高，可用于微型燃料电池便携式氢源。

技术领域

本发明属于制氢领域，具体涉及一种铝硅基制氢体系的制备方法。

背景技术

随着全球环境和能源问题的日益突出，汽车节能和减少有害排放的研究受到了空前重视。氢气具有热值高(理论值为142.35kJ/g)、清洁无污染(产物为水)等优点，是未来最具潜力的、低碳高效的能源载体。燃料电池作为氢能利用的最佳方式之一，近年来取得了飞速的发展。燃料电池是一种把储存在氢气和氧气中的化学能转化成电能的发电装置，作为便携电源、小型移动电源等，为汽车、通讯、计算机、娱乐场所及居民家庭等领域提供电源。但燃料电池应用仍面临着价格低廉、安全高效的氢气来源问题。

众所周知，地球上硅元素含量丰富，占地球元素总质量的26.4％；其来源广泛、与水反应条件温和，是一种很有前景的制氢材料。硅与水的反应方程式为：

Si(cr)+4H₂O(l)→Si(OH)₄(aq)+2H₂(g) (1)

Si(cr)+2H₂O(l)→SiO₂(s)+2H₂(g) (2)

每摩尔硅单质完全水解产生两摩尔氢气，理论水解氢含量达到硅的14.3wt％；由于硅资源丰富、成本低和较高能量密度等优点，利用其与水反应制取氢气近几年引起了人们关注。我国是硅材料的生产和消费大国；2017年硅的产能为480万吨，废弃的硅不计其数，因此利用硅材料尤其是废弃硅材料与水反应为燃料电池提供“氢燃料”，同时反应产物氧化硅实现循环利用，可有效缓解目前面临的环境污染和化石资源枯竭问题，对节能减排有较大的现实意义。由于硅的低反应活性以及硅水解产物SiO₂易附着在硅材料表面而阻止硅与水的接触；因此要使硅与水的反应持续进行，添加NaOH或KOH等碱性催化剂被认为是一个较好的选择。

Brack等[Brack P,Dann SE,Wijayantha KGU,et al.An assessment of theviability of hydrogen generation from the reaction of silicon power andsodium hydroxide solution for portable applications.Int.J.energy Research,2017,41:220-228.]采用微米级单质硅与20wt％NaOH溶液反应制取氢气；当单质硅与NaOH的摩尔比达到1:20，有80％的单质硅水解产生氢气。

Seidel H等[Seidel H,Csepregi L,Heuberger A,et al.Anisotropic etchingof crystalline silicon in alkaline solutions.J.Electrochemistry Society,1990,137:3627-3632.]发现：碱溶度在10-60wt％范围内，硅水解速率与碱浓度成正比例关系。但对于便携式电源应用场合，由于硅水解过程中使用强碱腐蚀溶液，这不仅对供氢系统设计和材质提高要求，同时也可能对使用者造成危害，这无疑限制了硅制氢材料的商业化应用。

发明内容