CN111704156B - 一种过渡金属铝氢化物及其制备方法 - Google Patents

一种过渡金属铝氢化物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型过渡金属铝氢化物及其制备方法，属于固态储氢材料技术领域。该过渡金属铝氢化物是氢化铝镱，其合成过程是将氯化镱和氢化铝锂按照一定摩尔比混合后在氢气气氛下进行充分球磨。本发明制备的过渡金属铝氢化物具有储氢量高、放氢温度低、放氢速率快、制备工艺简单、成本低廉，适合于大规模生产。

Description

一种过渡金属铝氢化物及其制备方法
技术领域
本发明涉及固态储氢材料技术领域，具体涉及一种新型过渡金属铝氢化物及其制备方法。
背景技术
氢气存储技术是氢能大规模应用的关键环节。目前，氢气的存储技术主要包括高压气态储氢、液态储氢和固态储氢三大类。高压气态储氢的质量储氢密度较大，但成本高且安全隐患大，不适于长距离运输；低温液态储氢的质量和体积密度均非常高，但液氢制冷过程能耗大，并且液氢极易挥发，不利于长期使用；固态储氢材料体积储氢密度高、安全性好，是目前最有发展前景的储氢方式之一，然而高容量储氢材料的储氢动力学性能差、可逆条件苛刻等问题仍没有解决；这三种储氢方式都不能满足车载应用的要求。2003年，Takeichi等提出结合高压气态储氢和金属氢化物组成复合式高压金属氢化物储氢系统[TakeichiN, Senoh H, Yokota T, Tsuruta H, Hamada K, Takeshita HT, Tanak H.,Kiyobayashi T., Takano T., Kuriyama N., Int. J. Hydrogen Energy, 2003, 28(10), 1121-1129]，这种复合储氢系统既利用了固态储氢材料的特点提高系统的体积储氢密度，又能发挥气态储氢质量密度较高、充放氢速度快的优势，是一种很有应用价值的储氢方法，为车载储氢技术提供了有效的解决方案。
为了开发出满足车载复合储氢系统使用要求的储氢材料，近年来研究者对各类储氢材料进行了改性研究，主要包括TiCr2基和ZrFe2基AB2型储氢合金及V基BCC型储氢合金，然而这些合金在特定氢压下的可逆储氢量往往较低（< 2 wt%），难以达到车载复合储氢系统用储氢材料3~4 wt%的目标。配位铝氢化物是一类轻质高容量的储氢材料（> 5 wt%），并且大多数过渡金属铝氢化物放氢温度低，在常温甚至低温下已经发生分解[Kost M.E.,Golovanova A.L., Russ. Chem. Bull., 1975, 24(5), 905-907]，能够满足车载复合储氢系统低温供氢的要求。因此，开发过渡金属铝氢化物有助于推动复合储氢系统的车载应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型过渡金属铝氢化物，以及这种金属铝氢化物的制备方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种新型过渡金属铝氢化物，其特征在于该材料的化学式为Yb(AlH4)3。
进一步的，一种新型过渡金属铝氢化物的制备方法，该方法包括以下步骤：
（a）在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中；
（b）将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入一定量的氢气；
（c）将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，行星球磨机设定为每球磨30 min后停歇10 min，球磨一定时间后得到Yb(AlH4)3。
进一步的，一种新型过渡金属铝氢化物的制备方法，所述步骤（a）中的球料比优选为30~60:1。
进一步的，一种新型过渡金属铝氢化物的制备方法，所述步骤（b）中的氢气压力优选为5 ~10 MPa。
进一步的，一种新型过渡金属铝氢化物的制备方法，所述步骤（c）中的球磨转速为200~500 rpm，球磨时间优选为2~8 h。
新型过渡金属铝氢化物Yb(AlH4)3的制备步骤为：
（a）在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为30~60:1；
（b）将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入5~10MPa的氢气；
（c）将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨2~8 h后得到Yb(AlH4)3。
在氩气气氛保护的手套箱中，将所制备的Yb(AlH4)3封装于直径为0.5 mm的玻璃毛细管中进行XRD检测，证明本发明制备得到非晶的过渡金属铝氢化物Yb(AlH4)3。
综上所述，本发明的以下有益效果：
1、本发明一种新型过渡金属铝氢化物及其制备方法，Yb(AlH4)3具有储氢量高、放氢温度低、放氢速率快等特点。
2、本发明一种新型过渡金属铝氢化物及其制备方法，在氢气气氛下球磨，可以防止亚稳态的过渡金属铝氢化物Yb(AlH4)3在球磨过程中发生分解。
3、本发明一种新型过渡金属铝氢化物及其制备方法，此种制备方法操作简便、成本低廉、节能可控，适合于大规模生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1 是实施例 3所制备的Yb(AlH4)3的XRD图谱。
图2 是实施例 7所制备的Yb(AlH4)3的红外图谱。
图3 是实施例 3所制备的Yb(AlH4)3的DSC-MS图谱。
图4 是实施例 7所制备的Yb(AlH4)3的TPD放氢曲线。
图5是实施例 10所制备的Yb(AlH4)3在不同温度下的放氢曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为40:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入5 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例2
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为40:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入8 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例3
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为40:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入10 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例4
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为40:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入10 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨6 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例5
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为50:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入5 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例6
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为50:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入8 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例7
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为50:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入10 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例8
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为50:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入10 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨6 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例9
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为60:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入5 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例10
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为60:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入8 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例11
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为60:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入10 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨4 h后得到Yb(AlH4)3。
实施例12
在氩气气氛保护的手套箱中，将YbCl3和LiAlH4按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中，球料比为60:1；将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入10 MPa的氢气；将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，程序为每球磨30 min后停歇10 min，球磨6 h后得到Yb(AlH4)3。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种过渡金属铝氢化物，其特征在于该材料的化学式为Yb(AlH4)3，制备该材料的方法包括以下步骤：
（a）在氩气气氛保护的手套箱中，将氯化镱（YbCl3）和氢化铝锂（LiAlH4）按照摩尔比1:3混合后和不锈钢球一起装入球磨罐中；
（b）将球磨罐中的气体用真空泵抽出后充入氢气，此过程重复三次，再充入一定量的氢气；
（c）将充氢后的球磨罐放入行星球磨机，行星球磨机设定为每球磨30 min后停歇10min，球磨一定时间后得到Yb(AlH4)3。
2.根据权利要求1所述的一种过渡金属铝氢化物，其特征在于，所述步骤（a）中的球料比为30~60:1。
3.根据权利要求2所述的一种过渡金属铝氢化物，其特征在于，所述步骤（b）中的氢气压力为5 ~10 MPa。
4.根据权利要求2所述的一种过渡金属铝氢化物，其特征在于，所述步骤（c）中的球磨转速为200~500 rpm，球磨时间为2~8 h。
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