一种过渡系金属-N/C复合镁基贮氢材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113104811A(43)申请公布日2021.07.13(21)申请号202110317061.0(22)申请日2021.03.25(71)申请人太原科技大学地址030024山西省太原市万柏林区瓦流路66号(72)发明人雍辉胡季帆王帅马江微崔燕(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人赵禛(51)Int.Cl.C01B3/00(2006.01)B22F9/04(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22C23/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图8页(54)发明名称一种过渡系金属-N/C复合镁基贮氢材料及其制备方法(57)摘要一种过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料及其制备方法，属于贮氢材料技术领域，该贮氢材料主要成分为镁，并由稀土、过渡系金属硝酸盐以及含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物协同催化制得，具有纳米晶结构及优异的低温吸放氢动力学性能。制备该贮氢材料的步骤为：制备镁‑稀土铸态贮氢合金，制备过渡系金属‑N/C复合材料，使用机械球磨方法复合以上两种材料，冷却并经低温钝化后制得过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料。本发明将稀土元素添加在镁中，并采用稀土元素、碳、氮以及过渡金属的协同催化作用大幅提升了镁的可逆储氢特性，克服了机械球磨过程中的粘壁现象，提高了材料回收率，且得到了低温吸氢性能优异的高容量镁基复合储氢材料。CN113104811ACN113104811A权利要求书1/2页1.一种过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料，其特征在于：所述贮氢材料采用纯镁锭作为原料，通过稀土金属、过渡系金属硝酸盐以及含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物协同催化制得具有纳米晶结构的过渡系金属‑NC复合镁基贮氢材料，过渡系金属‑NC复合镁基贮氢材料的晶粒尺寸为20‑50纳米；其中，所述稀土金属的质量占纯镁锭质量的10‑20％，过渡系金属硝酸盐以及含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物的质量占镁‑稀土铸态贮氢合金总质量的3‑10％，过渡系金属硝酸盐的质量占含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物质量的50‑80％。2.根据权利要求1所述的一种过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料，其特征在于：所述稀土金属为一种稀土金属或者多种稀土金属的混合物，所述过渡系金属硝酸盐以及含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物为通过高温碳化处理后制得的过渡系金属‑N/C复合材料。3.根据权利要求1或2所述的一种过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料，其特征在于：所述过渡系金属硝酸盐以及含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物的质量占镁‑稀土铸态贮氢合金总质量的6％。4.一种如权利要求1所述的过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1、制备镁‑稀土铸态贮氢合金：向纯镁锭中添加稀土金属，稀土金属的质量占纯镁锭质量的10‑20％，采用真空感应熔炼方法熔炼后浇铸，制得镁‑稀土铸态贮氢合金锭铸态贮氢合金，然后将铸态贮氢合金机械破碎至100目以下的粉末留待后步使用；S2、制备过渡系金属‑N/C复合材料：以过渡系金属硝酸盐和含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物为原料，采用高温碳化法制备过渡系金属‑N/C复合材料，高温碳化过程中添加辅剂，所述辅剂为氢氧化锂，辅剂的质量占物料总质量的1‑3％；所述过渡系金属硝酸盐以及含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物的质量占镁‑稀土铸态贮氢合金总质量的3‑10％，过渡系金属硝酸盐的质量占含氮的聚乙烯吡咯烷酮聚合物质量的50‑80％；所述高温碳化过程的烧结温度为500‑700℃，氩气流量为0.5‑1L/min，升温速度为5℃/min，碳化时间为2‑3小时；S3、将步骤S1制得的铸态贮氢合金粉末与步骤S2制得的过渡系金属‑N/C复合材料均匀混合，在氢气气氛下用行星式机械球磨机研磨1～10小时；S4、将步骤S3球磨后所得复合材料冷却，然后经低温钝化后制得过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料，低温钝化温度小于10℃。5.根据权利要求4所述的一种过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤S1中，真空感应熔炼方法的工艺参数为：熔炼炉背底真空度小于5.0×10‑2Pa，保护气体为氩气和氦气的混合气体，保护气体压力为0.04‑0.06MPa，真空熔炼时的感应线圈功率为10‑12kW，熔体保温时间为15‑20分钟。6.根据权利要求4所述的一种过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤S2中，球磨过程中的球料比为20:1；球磨速度为300转/分，且球磨过程中每球磨15分种停机15分钟；所述保护气体中氩气与氦气的体积比为4：1。7.根据权利要求4所述的一种过渡系金属‑N/C复合镁基贮氢材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤S3中，氢气气氛压强为3MPa。8.根据权利