[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

说明书

本发明属于固态储氢技术领域，具体公开了一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料及其制备方法，包括：将MOF配体溶解在溶剂中，添加非含氧元素镁盐制得混合溶液a；选取过渡金属盐溶解在溶剂中制得混合溶液b，并将其加入混合溶液a中制得混合溶液c；对混合溶液c中的沉淀产物进行离心收集并真空干燥处理制得前驱体；对前驱体进行高温煅烧使MOF配体分解产生的碳包裹在前驱体中MgX分解产生的Mg颗粒上，同时碳还将还原MOF中的过渡金属离子获得过渡金属催化剂，最终制得碳限域镁基复合纳米颗粒；具有如下优点：碳限域镁纳米颗粒尺寸小于10nm，过渡金属催化剂的种类可调控，可有效提高Mg的装载率，并改善其储氢性能，且本发明制备工艺简单，绿色无污染。

技术领域

本发明涉及固态储氢技术领域，具体而言，涉及一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料及其制备方法。

背景技术

由于化石燃料使用引起的环境污染和气候问题已经严重影响人类的生活和生产。氢能作为一种清洁能源，具有较高的重量能量密度，被认为是最理想的替代能源之一。然而，由于氢气的存储和安全性的问题，氢气的实际应用倍受限制。相比于低温液态储氢和高压气态储氢，固态储氢具有安全且高效的优势。在诸多固态储氢材料中，金属Mg由于具有7.6wt％的高理论储氢重量和110kg·m^-3的高体积储氢容量，已经引起研究者们的广泛关注。除此之外，Mg还具有资源丰富、低成本、无污染和高安全性的特点，是一种非常有潜力的固态储氢材料。令人遗憾的是，Mg基储氢材料具有ΔHf≈-76kJ/molH₂的较高热力学稳定性和缓慢的吸放氢动力学，导致其具有大于573K的较高工作温度，限制了镁氢化物的实际应用。

获取纳米级Mg颗粒是一种行之有效的提高储氢性能的方法。一般来说，纳米结构的Mg具有比表面积大、晶界/缺陷丰富、氢扩散路径短等特点，可以显著提高Mg的储氢性能。对于Mg纳米颗粒而言，较高的表面能会导致其在热脱氢过程中发生生长和团聚，不可避免的导致储氢性能的下降。因此，通过限域框架材料限制Mg纳米颗粒是解决该问题的可行方法。目前的纳米限域工艺主要通过溶液浸渍法和金属熔融法实现。然而该工艺制备的复合材料中Mg的装载率较低，且不易添加催化剂，极大降低了复合材料的储氢性能，而且存在原料价格高昂，制备工艺复杂，综合成本较高的问题。

为此提出一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料及其制备方法，以解决上述提出的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料及其制备方法，以解决或改善上述技术问题中的至少之一。

有鉴于此，本发明的第一方面在于提供一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法。

本发明的第二方面提供了一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料。

本发明的第一方面提供了一种MOF衍生的碳限域镁基纳米储氢材料制备方法，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过渡金属催化剂M，以获得Mg@C或Mg-M@C复合纳米颗粒。