CN107188124A - 一种硅基制氢材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅基制氢材料的制备方法，以硅合金为前驱体，机械混合弱酸盐和碱性氧化物、压块、高温处理，获得硅基制氢材料；硅合金为镁硅、铝硅、锌硅二元合金，硅与其它金属的摩尔比值为0.5～4，弱酸盐为硅合金质量的1～20wt％；碱性氧化物为硅合金质量的0.1～20wt％；弱酸盐为铋酸钠、铋酸钾、锡酸钠和锡酸钾的一种；碱性氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化钡、氧化锶、氧化锂和氧化铷的一种；该制氢材料常温与水反应，氢气产率高，可用于微型人聊聊电池便携式氢源。

Description

一种硅基制氢材料的制备方法

技术领域

本发明属于制氢领域，具体涉及一种硅基制氢材料的制备方法。

背景技术

单质硅具有来源广泛、价格低廉、水解氢气产量大等优点，已经引起本领域科研人员的广泛关注。单质硅与水反应制氢，是燃料电池便携式氢源的有效选择之一。但单质硅的活性很低，与水反应速率过于缓慢，通常需要减小硅颗粒尺寸、增加pH值和升高温度加快反应速率。尺寸效应是影响硅颗粒化学活性的重要因素。文献1(Folarin Erogbogbo，TaoLin，Phillip M.Tucciarone，etal.On-demand hydrogen generation usingnanosilicon：splitting water witout light，heat，or electricity)发现10nm硅与水反应速率是100nm硅与水反应速率的100倍。文献2(S.Litvinenko，S.Alekseev，V.Lysenko，etal.Ilydrogen production from nano-porous Si powder formed by stainetching.IntJ Ilydrogen Energy，2010，35，6773-6778.)发现化学腐蚀后形成的多孔纳米硅在氨水能稳定、可调控持续产生氢气。碱是单质硅与水反应的常见催化剂，如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等。单质硅与水的反应产物为微溶于水的硅酸，硅酸沉积硅颗粒表面会阻碍硅与水的进一步接触。强碱与硅酸反应生成可溶性的硅酸盐，可以持续保证单质硅新鲜表面持续与水反应。文献1(Lang Xu，Sobia Ashrai，Jingping Hu，et al.Balled-milled Sipowder for the production of H2 from water for fuel cell applications.IntJ.Ilydrogen Energy，2016，41，12730-12737)采用20wt％氢氧化钾为催化剂，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)电解碱溶液持续得到粗氢。

显然，采用大比表面积的纳米硅或强碱溶液是改善硅与水反应速率的有效方法。但纳米硅制备成本高，而强碱溶液对反应容器要求高，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基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：

一种硅基制氢材料以硅合金为前驱体，机械混合弱酸盐和碱性氧化物、压块、高温处理，获得硅基制氢材料；硅合金为镁硅、铝硅、锌硅二元合金，硅与其它金属的摩尔比值为0.5～4，弱酸盐为硅合金质量的1～20wt％；碱性氧化物为硅合金质量的0.1～20wt％；弱酸盐为铋酸钠、铋酸钾、锡酸钠和锡酸钾的一种；碱性氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化钡、氧化锶、氧化锂和氧化铷的一种；一种硅基制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅合金粉、弱酸盐和碱性氧化物，氩气气氛机械球磨1～40h；

其中，硅合金粉的颗粒尺寸为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300～700℃搁置1～20h；然后冷却、粉碎，获得硅基制氢材料。

与其它制氢材料相比，本发明专利具有如下优点：

1)本发明硅基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)本发明硅基制氢材料使用硅合金，减少归纳米颗粒使用，极大降低了硅制氢材料成本

4)本发明硅制氢材料水解氢气率大于80％，氢气产量大于1000ml/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

一种硅基制氢材料的成分设计：

1)铝硅合金粉(硅/铝的摩尔比为1)，4g；锡酸钠，0.2g；氧化钠，0.2g；

2)铝硅合金粉(硅/铝的摩尔比为2)，4g；锡酸钠，0.2g；氧化钠，0.2g；

3)镁硅合金粉(硅/镁的摩尔比为0.5)，4g；铋酸钠，0.3g；氧化钾，0.2g；

4)镁硅合金粉(硅/镁的摩尔比为2)，4g；铋酸钠，0.3g；氧化钾，0.2g；

一种硅基制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅合金粉、弱酸盐和碱性氧化物，氩气气氛机械球磨15h；

其中，硅合金粉的颗粒尺寸为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；然后冷却、粉碎，获得硅基制氢材料。

称量0.3g样品，投入常温中性水中，氢气产率大于80％，氢气产量大于1000ml/g。

实施例2

一种硅基制氢材料的成分设计：

5)铝硅合金粉(硅/铝的摩尔比为1)，4g；锡酸钠，0.3g；氧化钙，0.2g；

6)铝硅合金粉(硅/铝的摩尔比为1)，4g；锡酸钠，0.3g；氧化钡，0.2g；

7)铝硅合金粉(硅/铝的摩尔比为1)，4g；锡酸钠，0.3g；氧化锶，0.2g；

一种硅基制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅合金粉、弱酸盐和碱性氧化物，氩气气氛机械球磨10h；

其中，硅合金粉的颗粒尺寸为100纳米～100微米；

2)将步骤1)的产物压制成块，压力范围为10吨；

3)将步骤2)的产物放入密闭容器，氩气气氛700℃搁置5h；然后冷却、粉碎，获得硅基制氢材料。

称量0.3g样品，投入常温中性水中，氢气产率大于80％，氢气产量大于1000ml/g。

实施例3

一种硅基制氢材料的成分设计：

8)镁硅合金粉(硅/镁的摩尔比为4)，4g；锡酸钠，0.6g；氧化钙，0.8g；

9)铝硅合金粉(铝/镁的摩尔比为0.5)，4g；锡酸钠，0.3g；氧化钡，0.05g；

10)锌硅合金粉(硅/锌的摩尔比为3)，4g；锡酸钠，0.3g；氧化锶，0.2g；

一种硅基制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅合金粉、弱酸盐和碱性氧化物，氩气气氛机械球磨40h；

其中，硅合金粉的颗粒尺寸为100纳米～100微米；

2)将步骤1)的产物压制成块，压力范围为10吨；

3)将步骤2)的产物放入密闭容器，氩气气氛300℃搁置20h；然后冷却、粉碎，获得硅基制氢材料。

称量0.3g样品，投入常温中性水中，氢气产率大于80％，氢气产量大于1000ml/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)

1.一种硅基制氢材料的制备方法，其特征在于：硅基制氢材料以硅合金为前驱体，机械混合弱酸盐和碱性氧化物、压块、高温处理，获得硅基制氢材料；硅合金为镁硅、铝硅、锌硅二元合金，硅与其它金属的摩尔比值为0.5～4，弱酸盐为硅合金质量的1～20wt％；碱性氧化物为硅合金质量的0.1～20wt％；弱酸盐为铋酸钠、铋酸钾、锡酸钠和锡酸钾的一种；碱性氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化钡、氧化锶、氧化锂和氧化铷的一种；一种硅基制氢材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的硅合金粉、弱酸盐和碱性氧化物，氩气气氛机械球磨1～40h；

其中，硅合金粉的颗粒尺寸为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300～700℃搁置1～20h；然后冷却、粉碎，获得硅基制氢材料。