[发明专利]一种复合储氢材料NaBH4

说明书

本发明属于储氢材料技术领域，具体为一种复合储氢材料NaBH₄@NiCo‑NC及其制备方法。本发明方法包括：NiCo‑MOFs纳米片的制备；片状载体NiCo‑NC多孔碳材料的制备；NaBH₄@NiCo‑NC的制备。其中通过控制升温过程控制片状NiCo‑NC模板材料的合成；纳米NaBH₄的负载量为20~60%，NiCo‑NC的质量分数为80~40%。NaBH₄作为储氢材料本身的动力学性能和循环可逆性差，而通过本发明的方法，复合材料中NaBH₄在400℃下实现完全可逆，并且放氢动力学性能明显改善。因此，本发明所制备的材料具有优越的储氢性能。本发明方法工艺简单易操作，合成方便，易于实现。

技术领域

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种复合储氢材料NaBH₄@NiCo-NC及其制备方法。

背景技术

氢能是传统化石燃料的理想替代能源，开发安全、高效、经济的储氢手段是储氢材料实际应用的关键步骤。与高压气态储氢和液态储氢相比，固态储氢具有安全性好，储氢容量高等优点，因此越来越多的研究开始致力于固态储氢材料体系的开发和性能的改进[1]。

近年来，金属配位氢化物受到研究者们的广泛关注，因为相对于金属氢化物，金属配位氢化物具有更高的质量和体积储氢密度[2]。其中NaBH₄具有10.8 wt% 的质量储氢密度和115 kg·m^-3的体积储氢密度，是一种十分有潜力的金属配位氢化物储氢材料[3]。然而NaBH₄的热力学稳定性高，纯的NaBH₄在500℃以上才开始放氢，而且NaBH₄的放氢动力学性能和循环性能都很差，这些特性制约了其作为储氢材料的应用。研究者们采取纳米化，添加催化剂以及将两者结合的方法来改善NaBH₄的储氢性能。Peter Ngene等研究发现，将NaBH₄限域在纳米多孔的碳模板中，NaBH₄的初始放氢温度下降了220℃，在325℃和60 bar氢压下吸氢后再次放氢的容量只有43%[4]。另有研究通过溶液法制备NaBH₄纳米颗粒，并在其表面原位还原金属包覆层，制备的金属包覆NaBH₄纳米颗粒其储氢性能得到明显改善[5]；Meganne等通过该方法制备的NaBH₄@Ni复合材料结合了纳米限域和Ni的催化作用，在350℃下实现了2.5 wt%的可循环系统储氢容量[6]。Chong等用石墨烯包覆的方法制备了NaBH₄@G纳米材料，材料的初始放氢温度下降到了只有40℃，在分步升温到460℃的过程中，该复合材料可放出7.0 wt%的氢气，并且该部分储氢容量完全可逆，但是该放氢温度在实际应用中仍然相对较高[7]。在这些研究的基础上，我们利用负载有NiCo催化剂的片状多孔碳材料模板将NaBH₄的纳米限域和原位催化结合相结合，在400℃下实现了复合材料4.5 wt%的系统可逆容量。

1] Yu X, Tang Z, Sun D, et al. Recent advances and remainingchallenges of nanostructured materials for hydrogen storage applications[J].Progress in Materials Science, 2017, 88: 1-48.

[2] He T, Cao H, Chen P. Complex hydrides for energy storage,conversion, and utilization[J]. Advanced Materials, 2019, 31(50): 1902757.