[发明专利]一种MXene负载Ni@C纳米颗粒储氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MXene负载Ni@C纳米颗粒储氢催化剂，以Ni‑MOFs为基础碳化制备Ni@C后，再负载到MXene上制得，简称为Ni@C‑MXene；所述Ni‑MOFs由六水合硝酸镍、对苯二甲酸水热反应制得；所述MXene为Ti₃C₂，由Ti₃AlC₂和浓盐酸加氟化锂反应制得。其制备方法包括以下步骤：1）Ni@C的制备；2）MXene的制备；3）Ni@C‑MXene的制备。作为储氢材料催化剂的应用，将MXene负载Ni@C纳米颗粒储氢催化剂与和氢化铝锂满足一定的质量之比，在一定条件下进行球磨，即可得到Ni@C‑MXene掺杂氢化铝锂储氢材料；当MXene负载Ni@C纳米颗粒储氢催化剂掺杂量为7 wt%时，体系放氢温度降至56.1℃，放氢量达到6.52 wt%。本发明的储氢材料具有优异的储放氢性能，制得的MXene负载MOF衍生Ni纳米颗粒能显著改善氢化铝锂的放氢性能，使得其在较低温度下表现出优异的放氢性能。

技术领域

本发明涉及新能源材料的储氢材料的技术领域，具体是一种MXene负载Ni@C纳米颗粒储氢催化剂及其制备方法。

背景技术

人口的快速增长和技术的发展增加了全球能源需求。根据美国能源信息与管理局的数据，2015年至2040年间，全球能源需求预计将增加28 %。全球能源需求预计将在2035年达到顶峰，在2040年后全球经济将经历长期的萧条。随着化石燃料的使用和二氧化碳的过度排放，人们对未来资源枯竭风险和环境问题的担忧不断增加；因此，探索清洁能源的发展至关重要。此外，据估计，世界化石燃料产量将很快达到峰值，随后产量开始下降。能源系统必须更加可靠、安全、低成本、清洁和环保，以确保全球的环境有能力应对未来。与化石燃料相比，可再生能源的技术对环境有可持续发展性。针对这些问题，人们在太阳能、氢能、地热能、风能和核能等可再生能源的探索上做出了巨大努力。在上述可再生能源中，氢能被视为最有潜力的替代品，作为“氢能经济”来克服全球不断增长的能源需求。氢作为新能源实施的载体，最终可以让人类在未来实现“低”或“零”碳的目标。近年来随着氢能的发展，特别是在交通运输方面，已在多个国家得到应用。固态储氢与气体和液体形式的储存相比，由于固态储氢具有高重量、高体积密度、高安全性和低成本等优点，被一致认为是最有前途的储氢方式。

氢化铝锂（LiAlH₄）因其有较高的氢含量（10.5 wt%，0.92 g/cm³）而被认为是一种潜在的固态储氢材料。然而，其较高的放氢反应温度、缓慢的脱氢动力学和温和条件下的不可逆性阻碍了其更广泛的应用。为了降低放氢反应温度并改善复合氢化物的脱氢动力学，已经实施了几种策略，例如通过机械研磨减小粒径，生产反应性氢化物复合材料（与其他氢化物材料混合）、掺杂催化剂或添加剂和水解再生过程。从文献中可以看出，通过使用球磨方式掺杂催化剂或添加剂是改性储氢材料最有效方法。例如过渡金属(Ti、Fe和Ni)，金属氧化物(TiO₂、Fe₂O₃、NiO和LaFeO₃)，金属卤化物(ScCl₃、FeCl₂、NiCl₂和TiF₃)，基于碳的材料(TiC、Ni/C、MOFs和MWCNTs)。其中，因为Ni和Ti具有良好的分散性和催化活性，在LiBH₄、LiAlH₄、NaAlH₄和MgH₂等配位氢化物和合金氢化物中均有优秀的催化活性。