CN112479161A - 一种镁-钴氢化物的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁‑钴氢化物的合成方法，属于储氢材料技术领域。该方法包括下述步骤：首先，采用真空感应熔炼法将金属钇块和钴片熔炼成Co2Y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，将摩尔比为1∶4的Mg+Co2Y混合粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理；最后，在4MPa氢压和300～400℃温度下对球磨产物进行氢化处理，即可获得所述的镁‑钴氢化物Mg2CoH5。本发明所提供的镁‑钴氢化物的合成方法，效率高，工艺简单，安全可靠；初始原料来源广，价格低廉。

Description

一种镁-钴氢化物的合成方法
技术领域
本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种镁-钴氢化物的合成方法。
背景技术
氢能具有储量丰富、能量密度高和燃烧产物洁净等优点，氢能的规模化应用对能源、环境、经济和人类发展有着极其重要的意义。氢的储存是氢能应用的前提，主要有高压气态、低温液态和固态三种方法。相比较，固态储氢具有安全、高效、可重复等优点，是一种理想的储氢技术。在众多的固态储氢材料中，具有18电子结构的镁-钴氢化物Mg2CoH5具有高的氢含量(4.5wt.％)、低的成本和良好的吸氢动力学。然而，在Mg-Co二元体系中Mg2Co金属间化合物无法稳定存在，难以通过Mg2Co直接氢化的方法制备Mg2CoH5。
目前，Mg2CoH5只能在苛刻的温度和压力条件或者采用纳米级原料的前提下，通过烧结或机械球磨法合成。例如，Zolliker等人以Mg粉与Co粉作为原料在417～447℃，4～6MPa氢气气氛中烧结几天首次制备出Mg2CoH5，但是这种途径制得的Mg2CoH5纯度较低，产物中还有未反应的MgH2和Co[Zolliker P，Yvon K，Fischer P，et al.Inorganic Chemistry，1985，24(24)：4177-4180]。Fernández等人以Mg粉和Co粉为初始原料，通过90h的机械球磨处理，制备的Mg2CoH5最大产率约50％[Fernández I G，Meyer G O，Gennari F C.Journalof alloys and compounds，2008，464(1-2)：111-117]。马建丽等以MgH2和纳米Co粉为原料，在氩气气氛下机械球磨10h获得了纯度为79％的四方结构Mg2CoH5纳米晶[马建丽，王艳，陶占良，等无机化学学报，2012，28(4)：657-661]。总体来说，这些Mg2CoH5的合成工艺比较复杂，产物纯度有待提高，原料来源的便捷性和价格也有待降低。
发明内容
本发明针对现有镁-钴氢化物Mg2CoH5制备困难的现状，提供了一种高效便捷的Mg2CoH5的合成方法。该方法具体包括以下步骤：
(1)采用真空感应熔炼法将纯度不低于99.9％的钇块和钴片熔炼成Co2Y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；
(2)按1∶4的摩尔比称取步骤(1)中的合金粉末和镁粉置于球磨罐中；
(3)采用行星式球磨机对步骤(2)的混合粉末进行球磨处理；
(4)将步骤(3)的球磨产物进行氢化处理，即可获得镁-钴氢化物Mg2CoH5。
进一步的，所述步骤(2)中镁粉粒度小于75μm，纯度不低于99％。
进一步的，所述步骤(3)的球磨气氛为3～4MPa氢气，球料比为20～30∶1，球磨时间为10～20h。
进一步的，所述步骤(4)的氢化处理在4MPa氢压和300～400℃温度下进行，氢化时间为1～4h。
本发明的科学原理如下：
本发明通过引入稀土元素Y，并以金属间化合物Co2Y作为中间合金改变Mg2CoH5的合成路径，降低Mg2CoH5的形成能垒。在Mg+Co2Y混合粉末球磨和氢化处理过程中，Mg与Co2Y和氢气直接反应形成Mg2CoH5，反应式为：Mg+Co2Y+H2→Mg2CoH5+YH3+YH2。另外，原位生成的高活性、弥散分布的YH2～3还可对Mg2CoH5的吸/放氢起到催化作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)以镁粉、钇锭和钴片为初始原料，来源广，价格低廉。
(2)镁和钴可完全转变为镁-钴氢化物Mg2CoH5，合成效率高。
(3)所提供的合成方法，其工艺简单，节约能耗，安全可靠。
附图说明
图1为本发明实施例1中真空感应熔炼法制备的Co2Y合金的XRD图谱。
图2为本发明实施例1中Mg+Co2Y混合粉末经球磨和氢化处理后的XRD图谱。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
按照1∶2的摩尔比(并考虑钇3wt.％的烧损)称取纯度不低于99.9％的钇块和钴片，采用真空感应熔炼法将钇块和钴片熔炼成Co2Y合金(其XRD图谱如图1所示)，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，按1∶4的摩尔比称取Co2Y合金粉末和粒度小于75μm的镁粉(纯度不低于99％)置于球磨罐中；再在4MPa氢压、400rpm转速和30∶1球料比下，采用行星式球磨机对Mg+Co2Y混合粉末进行12h球磨处理；最后，将球磨产物在350℃和4MPa氢压下氢化2h，即可获得所述的镁-钴氢化物Mg2CoH5。由图2可见，所用镁和钴完全转变为Mg2CoH5，合成效率高。
实施例2
按照1∶2的摩尔比(并考虑钇3wt.％的烧损)称取纯度不低于99.9％的钇块和钴片，采用真空感应熔炼法将钇块和钴片熔炼成Co2Y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，按1∶4的摩尔比称取Co2Y合金粉末和粒度小于75μm的镁粉(纯度不低于99％)置于球磨罐中；再在3MPa氢压、400rpm转速和30∶1球料比下，采用行星式球磨机对Mg+Co2Y混合粉末进行16h球磨处理；最后，将球磨产物在400℃和4MPa氢压下氢化1.5h，即可获得所述的镁-钴氢化物Mg2CoH5。
实施例3
按照1∶2的摩尔比(并考虑钇3wt.％的烧损)称取纯度不低于99.9％的钇块和钴片，采用真空感应熔炼法将钇块和钴片熔炼成Co2Y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，按1∶4的摩尔比称取Co2Y合金粉末和粒度小于75μm的镁粉(纯度不低于99％)置于球磨罐中；再在4MPa氢压、400rpm转速和25∶1球料比下，采用行星式球磨机对Mg+Co2Y混合粉末进行15h球磨处理；最后，将球磨产物在300℃和4MPa氢压下氢化4h，即可获得所述的镁-钴氢化物Mg2CoH5。

Claims (4)

1.一种镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)采用真空感应熔炼法将纯度不低于99.9％的钇块和钴片熔炼成Co2Y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；
(2)按1∶4的摩尔比称取步骤(1)中的合金粉末和镁粉置于球磨罐中；
(3)采用行星式球磨机对步骤(2)的混合粉末进行球磨处理；
(4)将步骤(3)的球磨产物进行氢化处理，即可获得镁-钴氢化物Mg2CoH5。
2.如权利要求1所述的镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中镁粉粒度小于75μm，纯度不低于99％。
3.如权利要求1所述的镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于，所述步骤(3)的球磨气氛为3～4MPa氢气，球料比为20～30∶1，球磨时间为10～20h。
4.如权利要求1所述的镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于，所述步骤(4)的氢化处理在4MPa氢压和300～400℃温度下进行，氢化时间为1～4h。
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