CN1566381A - 一种纳米颗粒材料及其应用 - Google Patents

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邵怀宇
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Abstract

本发明公开了一种纳米颗粒材料及其应用，目的是提供一种纳米颗粒材料并将其用于储氢技术领域。本发明提供的纳米颗粒材料是粒度为1nm到100nm的金属间化合物颗粒。该纳米颗粒材料的粒度优选为10－50nm。本发明的纳米颗粒材料在储氢技术领域中具有极其重要的应用价值和广泛的应用前景。

Description

一种纳米颗粒材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种纳米颗粒材料及其应用，特别是涉及一种纳米颗粒材料及其在储氢
技术领域中的应用。
背景技术
目前由于煤炭、石油、天然气等能源的开发储量有限及污染严重等原因，全世界正在开发新能源。氢能源清洁无污染，并可以作为二次能源转化太阳能等一次能源，因此受到极大重视。但氢能源的使用必须要有相应的储存装置，于是储氢技术得到了巨大的发展。目前储氢材料主要是金属间化合物LaNi5，TiFe和Mg2Ni等体系，LaNi5体系的使用研究几乎到了极限，而Mg2Ni体系则因为具有较大的理论容量(LaNi5：348mAh/g，Mg2Ni：999mAh/g)并且资源丰富价格便宜，因此被认为是下一代广泛使用的储氢材料。传统熔炼制备的大颗粒储氢材料因为经过多次的吸收和放出氢气的循环以后，材料会由于粉化成较小颗粒容易使容器造成堵塞，极大地影响了以后的正常吸放氢气性能。另外传统熔炼方法制备得到的毫米级或更大颗粒度的Mg2Ni储氢合金必须在300度以上经过数十次吸放氢循环活化后才能在250度以上的温度下吸放氢，这严重制约了Mg2Ni储氢合金的实际应用，因此解决其吸放氢性能比较低的情况，具有重要的理论和实践意义。
发明创造内容
本发明的目的是提供一种适于作为储氢材料的纳米颗粒。
本发明所提供的纳米颗粒是粒度为1nm到100nm的金属间化合物颗粒。
纳米颗粒的粒度优选为10-50nm。
所述金属间化合物是LaNi5、TiFe或Mg2Ni，其中优选de为Mg2Ni。
制备金属间化合物包括以下步骤：
(1)按照欲制备的金属间化合物的组成成份及摩尔比，将不同种金属超微粉末(纳米级或亚微米级)混合均匀，压制成坯料；
(2)将坯料放入热处理炉中，反应气氛选择真空、惰性或者还原性保护气氛，升温到低熔点金属0.3Tm以上，优选方案为0.6～0.9Tm，在此温度下保持0.5～10小时，优选方案为2～4小时，发生合金化反应生成金属间化合物，反应完成后冷却即可。
上述方法中混合均匀时采用的方法可以是：将不同种金属超微粉末放在混合器中，在混合器中按照分散溶液与金属超微粉末的体积比为(0.5～10)∶1加入一定量分散溶液，优选体积比为(2～4)∶1，混合0.1～10小时，优选混合时间为1～4小时，然后去除分散溶液。
上述方法中压制成坯料时采用的方法可以是：根据所需要的金属间化合物的形状选择具有该形状的模具，在30～500MPa压力条件下，优选方案为100～200MPa，将金属超微粉末压制成为具有该特定形状的坯料。
本发明的纳米颗粒材料具有较大的比表面积，作为储氢材料时，具有更大的与氢气接触面积和较高的吸放氢活性，显示出比普通材料和纳米晶材料更加优秀的性能：可以极大地降低储氢材料的吸氢和放氢温度，提高吸氢和放氢的速度，而且无须任何活化条件，在第一次吸放氢循环中即可体现较大的速度和氢气吸收和放出量，同时可以采用普通储氢设备，具有极其重要的应用价值和广泛的应用前景。
附图说明
图1为Mg2Ni金属间化合物纳米颗粒的TEM照片
图2为Mg2Ni金属间化合物纳米颗粒在低温下的吸收氢气曲线
具体实施方式
实施例1、合成纳米Mg2Ni金属间化合物颗粒
(1)首先将平均粒度为30nm的镍粉和平均粒度为300nm的镁粉按照摩尔比1∶2放入混合器中，加入一定量分散溶液(乙醇或丙酮溶液)，分散溶液与金属超微粉末的体积比为2∶1，混合2小时；
(2)去除分散溶液，将混合粉末放入内径为13mm的圆柱形模具中，在100MPa压力条件下，将其压制成为Φ13mm×2mm的圆片状坯料；
(3)将坯料放入热处理炉中，抽真空后，升温到773K(即约为金属镁熔点0.8Tm)，加入40atm的氢气，在此温度下保持2小时，然后将系统再抽真空，可发生合金化反应生成圆片状Mg2Ni金属间化合物，反应完成后随炉冷却。得到平均颗粒度大概为50nm的Mg2Ni金属间化合物，如图1所示。
此纳米颗粒储氢材料在低温甚至是室温下显示了较好的吸氢性能，其低温的吸收氢气曲线图如图2所示，表明样品在经过350度吸放氢气的一个循环以后可以在40个atm氢气压力和不同低温(75度，153度，220度)甚至室温下(20度)下快速地吸收氢气，在30分钟后吸收氢气量大概达到了0.63，0.75，0.84，1.03氢原子与金属原子比(Hydrogen content(H/M))(1.7wt％，2.1wt％，2.3wt％，2.8wt％重量百分含量)。而传统熔炼法制备的Mg2Ni储氢材料必须经过300度以上十几个循环后才能在250度以上正常吸收和放出氢气，在低于250度下一般都不吸收和放出氢气。纳米级颗粒的Mg2Ni金属间化合物材料在150度温度40个atm氢气压力下经过10个小时左右后，吸收氢气量可以达到理论极限值3.6wt％。

Claims (6)

1、一种纳米颗粒材料，是粒度为1-100nm的金属间化合物颗粒。
2、根据权利要求1所述的纳米颗粒材料，其特征在于：所述纳米颗粒的平均粒度为50nm。
3、根据权利要求1所述的纳米颗粒材料，其特征在于：所述金属间化合物是LaNi5、TiFe或Mg2Ni。
4、根据权利要求1所述的纳米颗粒材料，其特征在于：所述金属间化合物是Mg2Ni。
5、权利要求1-4中任意一项所述的纳米颗粒材料在储氢中的应用。
6、权利要求1-4中任意一项所述的纳米颗粒材料作为储氢材料的应用。
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