[发明专利]储氢材料

说明书

本发明涉及储氢。具体地，本发明涉及一种制备含孔氮化碳管的方法，所述方法包含：通过使与水接触的三聚氰胺经受约100℃至约300℃的温度，对三聚氰胺进行水热处理；以及在密封容器中在约500℃至约600℃的温度下煅烧经水热处理的三聚氰胺。还描述了通过所述方法制备的含孔氮化碳管以及所述氮化碳管在吸收和解吸氢气及作为一种储氢材料的用途。

技术领域

本发明涉及储氢。具体地，本发明涉及一种固态储氢材料和制备该固态储氢材料的方法。

背景技术

由于许多原因，氢气是一种有吸引力的能量载体(即燃料源)。例如，氢气具有很高的重量能量密度，并且可用于如燃烧的过程或如燃料电池的设备中，以分别提供动力或电力，而不形成二氧化碳。

然而，许多人认为氢气的储存是实现氢气经济的瓶颈。目前，氢气通常储存在高压罐(例如，～700巴)中，用于可运输的燃料电池(例如电动汽车中的燃料电池)。足够坚固以承受如此高压的罐通常很重，这抵消了氢气的高重量能量密度。高压也引发了安全问题。这些限制在加油站中被放大，加油站通常在更高的压力下存储更大量的氢气。

固态储氢系统已经用于解决其中一些限制。然而，固态储氢系统仍然存在一些限制。例如，基于锂和镁的合金具有很高的储氢能力，但是释放氢气的温度太高而无法用于车载系统(例如用于可运输的燃料电池)。AB₅型合金具有中等的储氢性能，易于初始活化、平台压力低、环境工作温度低，但是氢容量通常太低(～1.4wt％)而无法用于可运输的燃料电池。化学氢化物系统具有非常高的重量氢容量，但是有效的再氢化方法仍然具有挑战性。金属有机骨架通常需要非常低的氢化温度和/或表现出缓慢的脱氢速率。

需要适合用作固态储氢材料的替代材料。还需要适合用作可运输固态储氢材料的材料。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种制备含孔氮化碳管的方法，该方法包含：

(a)通过使与水接触的三聚氰胺经受约100℃至约300℃的温度，对三聚氰胺进行水热处理；以及

(b)在密封容器中在约500℃至约600℃的温度下煅烧经水热处理的三聚氰胺。

有利地，通过本发明的方法制备的含孔氮化碳(CN)管可以具有储氢所需的性能。例如，在至少一些实施例中，通过该方法制备的含孔氮化碳管是多孔的和/或具有很大的表面积。此外，三聚氰胺通常容易获得且价格便宜。此外，本发明的方法不需要目前通常用于制备氮化碳材料的外来的和/或昂贵的催化剂。

在一些实施例中，经水热处理的三聚氰胺在煅烧步骤(步骤(b))的至少一部分与填充剂接触。在一些实施例中，填充剂是陶瓷Al₂O₃颗粒(例如陶瓷Al₂O₃球)。

在一些实施例中，步骤(a)中的温度为约180℃至约220℃。

在一些实施例中，步骤(b)中的温度为约540℃至约580℃。

在一些实施例中，氮化碳管的孔具有约1nm至约15nm，尤其是约5nm至约7nm的直径。

在一些实施例中，管具有约0.5μm至约20μm的直径。在一些实施例中，管具有约15μm至约150μm的长度。

在第二方面，本发明提供了一种通过根据第一方面的方法获得的含孔氮化碳管。