[发明专利]一种铌酸锂掺杂改性Mg基储氢材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铌酸锂掺杂改性Mg基储氢材料及其制备方法，涉及镁基固态储氢材料技术领域。该制备方法包括：在惰性气体或氢气气氛下，将MgH₂与铌酸锂进行球磨，得到高效的镁基储氢材料；所述储氢材料中，催化剂的质量分数为2～20wt.％。本发明将铌酸锂与MgH₂球磨后得到的镁基储氢材料与不掺杂铌酸锂催化剂的材料相比，催化剂具有优异的催化活性，可以进一步提高镁基储氢材料的吸放氢性能，显著降低吸放氢温度，提高吸放氢速度。本发明提供的镁基储氢材料，制备工艺简单，储氢性能优异，对氢能储运产业化发展具有重要参考价值。

技术领域

本发明属于镁基储氢材料技术领域，主要涉及一种铌酸锂掺杂催化改性Mg基储氢材料及其制备方法。

背景技术

随着全球化石能源消耗的增加以及环境问题的日益加剧，新型能源的开发和利用是当今世界能源发展的必然趋势和必然选择。氢能具有资源丰富、清洁高效等诸多优点，是我国能源结构的重要组成部分，同时也担负着我国实现“双碳”目标的历史使命。安全高效的氢气储运技术是制约氢能发展的关键问题。

现存的储氢方式主要面临以下几个问题：(1)储存条件苛刻，难以在常温常压下储存；(2)安全性差，氢气泄露、高压气瓶和液氢罐都存在很大的安全隐患；(3)单位体积下储氢量低，气化和液化成本高，运输有制约。与传统高压气态和低温液态储氢方式相比，固态材料储氢具有储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全性高等特点，是极具发展潜力的储氢方式。在众多固态储氢材料当中，镁基储氢材料储氢量大、资源丰富、成本低廉，是未来最具应用前景的储氢材料之一。

虽然Mg/MgH₂的理论储氢量高达7.6wt.％，在氢气储存领域具有广阔的应用前景，但其稳定的热力学性能导致其放氢温度较高(400℃)，以及较差的放氢动力学严重制约了其实际应用。因此，需要通过调控制备工艺、成分、结构等来改性MgH₂，以提高其储氢性能，为实际应用奠定基础。目前，可以通过多种改性方法来改善其热力学和动力学性能，如纳米化改性、合金化改性、复合改性、掺杂催化改性等。其中，添加过渡族金属或其氧化物、氮化物、卤化物、氟化物、碳化物等化合物，可以降低镁基储氢材料的反应活化能，提高反应速率，从而改善镁基储氢材料的吸放氢动力学性能。与单金属相比，合金催化剂具有元素成分可调、电子构型可重组等特点，因此可以表现出既不同于金属单质也不同于金属化合物的独特的催化性能。

LiNbO₃结构缺陷丰富，能够产生更多的活性位点；Li、Nb两种金属元素的引入能够降低MgH₂的电子密度，导致Mg-H之间的电子交换减少，从而造成MgH₂失稳。LiNbO₃具有优异的光电性能，在光电领域具有广阔的应用前景。但目前为止，LiNbO₃对镁基储氢材料的催化性能并没有相关研究和报道。因此，基于LiNbO₃掺杂改性MgH₂，研究其对镁基材料储氢性能的影响规律和机理，开发出性能优异、高容量、长寿命的镁基储氢合金，对氢能产业化发展具有重要的能源战略意义。

发明内容

有鉴于此，为了改善Mg基储氢动力学性能，本发明提供了一种LiNbO₃粉末催化改性MgH₂储氢材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铌酸锂掺杂改性Mg基储氢材料，其原料包括LiNbO₃粉末颗粒和镁基储氢粉末颗粒，原料中LiNbO₃粉末颗粒的质量占原料总质量的比例为2wt.％～20wt.％，优选为2wt.％～10wt.％，更优选为(6±2)wt.％。LiNbO₃粉末颗粒的掺杂能够显著降低镁基储氢粉末的放氢温度，但随着掺杂量的提高，放氢量损失略有提高，20wt.％以下的掺杂量能够在控制有限放氢量的损失的同时取得优化的放氢温度，10wt.％以下的放氢量损失更小，而在6wt.％左右的比例最佳。