[发明专利]基于镁基复合材料的水解制氢方法

说明书

本发明公开了一种基于镁基复合材料的水解制氢方法，该方法利用中性盐的水溶液与Mg–Ni₃Fe/rGO复合材料进行水解反应制氢。本发明提供的基于镁基复合材料的水解制氢方法，仅需添加极少量催化剂，即可显著提高水解制氢动力学性能，在常温下与中性盐的水溶液接触后可直接反应，1分钟制氢量可达838.2mL/g，转化率可达94.8％，可以实现快速实时制氢和实时供氢，适用于为氢燃料电池等耗氢设备提供高纯氢源。同时本发明提供的基于镁基复合材料的水解制氢方法，无需贵金属元素，原料价格低廉，操作简单方便，制氢效率高，有利于产业化。

技术领域

本发明涉及水解制氢技术领域，具体涉及一种基于镁基复合材料的水解制氢方法。

背景技术

发展氢能是助推我国能源结构改革、促进“双碳战略”更快实现的重要举措。氢能社会的构建以氢气的制取、储存、运输及运用为基础。基于高效制氢剂的水解制氢技术具有便携性、可控性、快速响应、流程简便、制氢条件温和等优点，能够为氢燃料电池等用氢场合提供稳定的氢源，可应用于诸多动力和应急场景，如无人机、汽车、应急灯、野外作业和通讯基站等，是实现分布式氢能利用的重要途径。镁(Mg)及其氢化物(MgH₂)由于其资源丰富、制氢容量高、副产物环境友好，被认为是十分具有应用前景的制氢材料。在实际水解过程中，难溶的Mg(OH)₂钝化层沉积在镁基材料颗粒表面，阻碍了内部颗粒与水溶液的接触，导致制氢性能差且不可控。相比MgH₂而言，金属Mg不需进行高压氢化，大大降低原料和制备成本；同时由于金属的导体特性，可以通过引入原电池形成电化学腐蚀机制，这比单纯的化学腐蚀更有利于Mg(OH)₂钝化层的脱落，从而加快体系反应速率。所以相较于MgH₂体系，Mg的水解在成本和制氢速率上具有显著优势。

为进一步提升金属Mg的水解制氢性能，往往需要引入催化剂制备复合水解材料。例如Huang等人(J.Power Sources 365(2017)273-281)报道了一种Mg-10wt.％MoS₂复合制氢剂，1min内制氢量为759.1mL/g；Ma等人(Energy 167(2019)1205-1211)在Mg中加入经高温煅烧后的可膨胀石墨(EG)，通过等离子体研磨得到的Mg-10wt.％EG，可在25min内转化率达到83.5％；Xiao等人(Int.J.Hydrogen Energy 44(2019)1366-1373)在球磨的过程中引入In催化Mg水解，20min内转化率达到93.0％。将国内外相关报道总结于表1，其特征都是引入大量催化剂(≥10％)，通过牺牲部分制氢容量来促进镁水解动力学性能。一种更为理想的方案是如何在引入极少量催化剂的情况下获得水解动力学性能的显著提高，这具有十分重要的研究价值和现实意义。

表1不同镁基材料水解性能对比

其中，a(mL/g)为1g复合物制氢得到的氢气体积。如何实现上述的目的，是当前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于镁基复合材料的水解制氢方法。该制氢方法具有反应时间短、制氢量高、制氢速率快的优势，同时高效简便，无需复杂的设备及工序，成本低廉，安全环保。

一种基于镁基复合材料的水解制氢方法，包括步骤如下：

1)称取Mg、Ni₃Fe/rGO与助磨剂组成混合材料，用于机械球磨，得到Mg–Ni₃Fe/rGO复合固体粉末；其中Mg占所述复合固体粉末的质量比为85％～98.8％，Ni₃Fe/rGO 0.2％～10％，助磨剂1％～5％；其中，助磨剂为碳材料，所述碳材料包含但并不局限于石墨。