CN107188123B - 一种硅/碱金属制氢材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅/碱金属制氢材料的制备方法，硅制氢材料以硅、碱金属或硅/碱金属合金为前驱体，机械混合金属卤盐、压块、热处理再快速冷却，获得硅/碱金属制氢材料；碱金属为硅质量的0～30wt％，卤盐为硅质量的0.01～20wt％；碱金属为锂、钠、钾的一种或两种；硅/碱金属合金为锂硅合金、钠硅合金和钾硅合金的一种；金属卤盐阴离子为氯、溴和碘盐的一种；金属卤盐阳离子为铝、锌、铋、锡、铜、铅的一种；该制氢材料具有很好的水解性能，在便携式制氢领域具有很好的应用前景。

Description

一种硅/碱金属制氢材料的制备方法

技术领域

本发明属于制氢领域，具体涉及一种硅/碱金属制氢材料的制备方法。

背景技术

随环境污染的日益恶化和人们环保意识的提高，氢能越来越受到广泛关注。氢能应用的最佳方式是燃料电池。燃料电池具有发电效率高、清洁无污染、功率密度高等优点，在过去30年得到长足的发展。以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池，使用条件温和，在汽车、电子产品等领域具有广泛的用途。但质子交换膜燃料电池仍然面临氢气的储存安全、泄露及储存密度低等问题。基于现场制氢的便携式氢源，是解决氢气储存安全和泄露的有效方法。

单质硅及合金具有来源广泛、价格低廉、水解氢气产量高等优点，是现场制氢的重要来源。硅的化学活性低，在常温或温和条件下无法与水反应产生氢气。文献1(PaulBrack，S.E.Dann，K.G.U.Wijayantha，et al.An assessment of the viability ofhydrogen generation from the reaction of silicon and sodium hydroxidesolution for portable application，J.Energy Research，2016，in press)采用20wt％氢氧化钠为催化剂，在50℃，硅与水反应产生氢气。

专利1(专利号201110251060.7，多晶硅生产中电解制氢工艺及其氧气回收系统)电解碱溶液得到粗氢和氧气；并对粗氢提纯获得高纯度氢气。

显然，碱溶液是硅水解制氢反应的关键。但强碱腐蚀性强，对制氢发生器材质要求高，也可能对使用者造成潜在危害，极大限制了硅制氢材料的开发利用。

发明内容

本发明目的在于提供一种硅/碱金属制氢材料的制备方法，克服现有制备技术的缺陷，实现硅材料在中性水溶液水解产氢。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种硅/碱金属制氢材料以硅、碱金属或硅/碱金属合金为前驱体，机械混合金属卤盐、压块、热处理再快速冷却，获得硅/碱金属制氢材料；碱金属为硅质量的0～30wt％，卤盐为硅质量的0.01～20wt％；碱金属为锂、钠、钾的一种或两种；硅/碱金属合金为锂硅合金、钠硅合金和钾硅合金的一种；金属卤盐阴离子为氯、溴和碘盐的一种；金属卤盐阳离子为铝、锌、铋、锡、铜、铅的一种。

一种硅/碱金属制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅、碱金属或硅/碱金属合金与金属卤盐，氩气气氛机械球磨1～40h；

其中，硅和硅/碱金属合金的颗粒尺寸为100纳米～100微米；

2)将步骤1)的产物压制成块，压力范围为1～30吨；

3)将步骤2)的产物放入密闭容器，氩气气氛100～500℃搁置1～20h；然后冰水冷却1～5h，获得硅/碱金属制氢材料。

与其它硅基制氢材料相比，本发明专利具有如下优点：

1)本发明硅/碱金属制氢材料在中性水溶液中水解产生氢气工艺简单、操作方便，有利于工业化生产。

2)本发明硅制氢材料直接与水反应产生氢气，避免了强碱溶液的使用，对制氢发生器材质要求低，也不会给使用者带来安全隐患。

3)本发明硅制氢材料水解氢气率大于90％，氢气产量大于2000ml/g。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：

实施例1

一种硅/碱金属制氢材料的成分设计：

1)硅，3g；锂，0.2g；氯化铝，0.05g；

2)硅，3g；锂，0.1g；氯化铝，0.1g；

3)硅，3g；锂，0.3g；氯化铝，0.02g；

4)硅，3g；锂，0.05g；氯化铝，0.2g；

一种硅/碱金属制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅、锂金属和氯化铝，氩气气氛机械球磨10h；

2)将步骤1)的产物压制成块，压力范围为10吨；

3)将步骤2)的产物放入密闭容器，氩气气氛400℃搁置5h；然后冰水冷却2h，获得硅/碱金属制氢材料。

称量0.3g样品，投入50℃热水中，氢气产率大于90％，氢气产量大于2000ml/g。

实施例2

一种硅/碱金属制氢材料的成分设计：

5)硅，3g；钠，0.2g；氯化铝，0.05g；

6)硅，3g；钾，0.2g；氯化铝，0.05g；

7)硅，3g；钠，0.1g；氯化铝，0.1g；

8)硅，3g；钾，0.1g；氯化铝，0.1g；

一种硅/碱金属制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅、锂金属和氯化铝，氩气气氛机械球磨20h；

2)将步骤1)的产物压制成块，压力范围为10吨；

3)将步骤2)的产物放入密闭容器，氩气气氛300℃搁置10h；然后冰水冷却5h，获得硅/碱金属制氢材料。

称量0.3g样品，投入50℃热水中，氢气产率大于90％，氢气产量大于2000ml/g。

实施例3

一种硅/碱金属制氢材料的成分设计：

9)锂硅合金(锂硅质量比为1∶4)，3g；溴化铝，0.1g；

10)钠硅合金(钠硅质量比为1∶4)，3g；溴化铝，0.1g；

11)钾硅合金(钠硅质量比为1∶4)，3g；溴化铝，0.1g；

一种硅/碱金属制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅、锂金属和氯化铝，氩气气氛机械球磨5h；

2)将步骤1)的产物压制成块，压力范围为10吨；

3)将步骤2)的产物放入密闭容器，氩气气氛500℃搁置10h；然后冰水冷却2h，获得硅/碱金属制氢材料。

称量0.3g样品，投入50℃热水中，氢气产率大于90％，氢气产量大于2000ml/g。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种硅/碱金属制氢材料的制备方法，其特征在于：硅制氢材料以硅/碱金属合金为前驱体，机械混合金属卤盐、压块、热处理再快速冷却，获得硅/碱金属制氢材料；碱金属为硅质量的0～30wt％，卤盐为硅质量的0.01～20wt％；硅/碱金属合金为锂硅合金、钠硅合金和钾硅合金的一种；金属卤盐阴离子为氯、溴和碘盐的一种；金属卤盐阳离子为铝、锌、铋、铜、铅的一种；一种硅/碱金属制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅/碱金属合金与金属卤盐，氩气气氛机械球磨1～40h；

其中，硅/碱金属合金的颗粒尺寸为100纳米～100微米；

2)将步骤1)的产物压制成块，压力范围为1～30吨；

3)将步骤2)的产物放入密闭容器，氩气气氛100～500℃搁置1～20h；然后冰水冷却1～5h，获得硅/碱金属制氢材料。