[发明专利]一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料及其制备方法

权利要求书

1.一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，在保护气氛环境下，通过搅拌将MOF配体溶解在溶剂中获得预制溶液，对所述预制溶液添加一定量的非含氧元素镁盐并搅拌10min～120min制得混合溶液a；

S2，在保护气氛环境下，选取某一种类的过渡金属盐通过搅拌溶解在溶剂中，并搅拌10min～120min制得混合溶液b；

S3，在保护气氛环境下，将混合溶液b以某一速度加入混合溶液a中并搅拌10min～120min，静置3h～72h，制得混合溶液c；

S4，对混合溶液c进行离心，以收集沉淀产物，采用溶剂对沉淀产物进行洗涤，放入真空容器进行真空干燥处理1h～18h，去除表面白色固体获得MgX@MOF前驱体；

S5，将MgX@MOF前驱体置于保护气氛环境的热处理炉中，升温煅烧使MOF配体分解产生碳并原位包裹在MgX@MOF前驱体中由MgX分解产生的Mg颗粒上，同时碳将还原MOF中的过渡金属离子获得金属催化剂M，以获得Mg@C或Mg-M@C复合纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，所述过渡金属盐为在预设种类范围内选取的至少一种，且所述预设种类范围包括但不限于下述的至少一种：

硝酸钴、氯化钴、碳酸钴、硝酸镍、碳酸镍、氯化镍、硝酸铁、碳酸铁和氯化铁；

其中，通过对S2中制得混合溶液b的过渡金属盐所含金属种类的选取，使所述Mg@C或Mg-M@C复合纳米颗粒的过渡金属催化剂种类改变，以提高储氢动力学性能。

3.根据权利要求1所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，其特征在于，所述非含氧元素镁盐的添加量的范围为1mmol～50mmol，且包括但不限于下述种类内的一种：

二正丁基镁、卤化镁、硫化镁、硼化镁、硼氢化镁、甲基溴化镁和镁卟啉；

其中，通过选取不同种类的非含氧元素镁盐制成的MgX@MOF前驱体，在500℃～1000℃不同温度下煅烧1h～10h进行热分解和热还原，以对制得的Mg或Mg-M@C复合纳米颗粒的尺寸进行调控，并控制Mg或Mg-M纳米颗粒小于10nm。

4.根据权利要求1所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，其特征在于，所述MOF配体包括但不限于下述种类内的一种：

2-甲基咪唑、对苯二甲酸和均苯三甲酸。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐、MOF配体、非含氧元素镁盐的摩尔比为1：(1～5)：(1～20)。

6.根据权利要求1所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氮气、氩气或氢气，和/或所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或吡啶或四氢呋喃。

7.根据权利要求1所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，其特征在于，所述MOF配体分解产生的骨架碳对Mg或Mg-M纳米颗粒进行限域，以实现在吸放氢反应过程中抑制纳米颗粒的生长和团聚。

8.根据权利要求1所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，其特征在于，MOF分解后产生的骨架碳原位包裹在Mg或Mg-M纳米颗粒表面，形成Mg或Mg-M纳米颗粒的骨架碳；

所述骨架碳为Mg或Mg-M纳米颗粒的限域骨架材料。

9.一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料，其特征在于，所述Mg-M@C复合纳米颗粒包括Mg-M纳米颗粒和无定形碳层；以及Mg@C包括Mg和骨架碳；

所述骨架碳用于阻止Mg或Mg-M纳米颗粒之间的生长和团聚，且由MOF分解出的碳原位包裹在纳米颗粒上形成；

其中，所述的MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料由如权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备。

10.根据权利要求9所述的一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备，其特征在于，所述Mg或Mg-M纳米颗粒的尺寸为1～100nm，以提高Mg@C或Mg-M@C复合纳米颗粒的储氢性能；

其中，所述Mg@C复合纳米颗粒不含有催化剂，以及Mg-M@C复合纳米颗粒中所添加的催化剂M为一元、二元或多元合金金属催化剂。