一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料，由花簇状TiO2和在其表面原位制备的Ni3Fe颗粒的组成，花簇状TiO2为先制备TiO2/SiO2，再制备成空心花簇状TiO2；TiO2/SiO2的微观形貌为尺寸为50

【技术实现步骤摘要】
一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于储氢材料
，具体涉及一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢化镁MgH2具有7.6wt％的储氢容量和可逆性，但其热稳定性高、动力学速度缓慢的特性限制了MgH2的实际应用。为了解决这些问题，可以通过纳米化、催化剂掺杂和与合金化进行改善。
[0003]其中，掺杂催化剂是改善MgH2脱氢性能最有效的方法，尤其是掺杂过渡金属催化剂。如现有文献1(Cong Peng,Yongtao Li,Qingan Zhang.Enhanced hydrogen desorption properties of MgH2 by highly dispersed Ni:The role of in
‑
situ hydrogenolysis of nickelocene in ball milling process.Journal of Alloys and Compounds,10.1016/j.jallcom.2021.163547.)通过将Ni纳米颗粒与MgH2进行球磨，进而改善了MgH2的动力学性能，使MgH2的初始放氢温度到250℃，即证明过渡金属Ni可以有效提高MgH2的动力学性能。该技术方案采用的掺杂过渡金属的方法为球磨法，此类方法在球磨过程中，材料会发生团聚，导致动力学性能大幅降低，进而使储氢性能大幅度降低。
[0004]目前解决团聚的方法主要是添加合适的载体材料来增加纳米颗粒材料的分散性。以载体材料类型分类主要包括：碳材料、金属有机框架、金属化合物等。如现有文献2(Jiangchuan Liu,Zhongliang Ma,Zhibing Liu.Synergistic effect of rGO supported Ni3Fe on hydrogen storage performance of MgH2.International Journal of Hydrogen Energy.10.1016/j.ijhydene.2020.04.104.)通过水热反应，将Ni3Fe均匀锚定在rGO表面抑制了球磨过程中纳米颗粒的聚集，使MgH2起始温度降至185℃。该技术方案存在的问题是：rGO作为载体材料，本身对MgH2没有催化效果，并且，载体只能将Ni3Fe负载于rGO表面过程中，提高Ni3Fe的分散性，而不能提高在球磨过程中Ni3Fe或者说是Ni3Fe/rGO在MgH2表面的分散性。
[0005]根据专利技术人的研究表明，选用的载体材料可以为具有催化性能的材料，同时，具有特定微观形貌，可以在球磨过程中起助磨剂功能，可以进一步降低MgH2的初始放氢温度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料及其制备方法和应用。针对现有技术存在的技术问题，采用以下原理和方法来解决上述问题：
[0007]1、因为过渡金属单质纳米颗粒可以有效改善MgH2的初始放氢温度，但金属纳米颗粒容易在合成以及球磨、反应过程中发生团聚，所以选择用引入载体来限制金属纳米颗粒的团聚，使金属颗粒与MgH2在球磨和反应过程中充分接触，进而改善MgH2的脱氢性能；
[0008]2、选择花簇状TiO2作为载体，不仅可以作为助磨剂，促进Ni3Fe颗粒在MgH2表面的均匀生长，进而增大催化剂和MgH2的接触面积来改善脱氢性能。而且花簇状TiO2也对MgH2有
催化作用，可以与Ni3Fe协同共同催化MgH2。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料，由花簇状TiO2和在其表面原位制备的Ni3Fe颗粒的组成，所述花簇状TiO2为先制备TiO2/SiO2，再制备成空心花簇状TiO2；
[0011]所述TiO2/SiO2的微观形貌为空心球状，其尺寸为50
‑
70nm；所述花簇状TiO2的微观形貌为中空的花簇状结构，其尺寸为200
‑
500nm；所述Ni3Fe颗粒负载于花簇状TiO2表面，其尺寸为3
‑
5μm。
[0012]一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1，TiO2/SiO2前体的制备，首先，将油胺和无水乙醇混合搅拌得到混合物，然后，将钛酸四正丁酯、原硅酸四乙酯和H2O依次缓慢滴入混合物中静置，之后，将静置获得的沉淀经离心洗涤和干燥后，在一定条件下进行煅烧，即得到TiO2/SiO2前体；
[0014]所述步骤1中，油胺、无水乙醇、钛酸四正丁酯、原硅酸四乙酯和H2O的体积比为1.5:200:5:10:1；
[0015]所述步骤1中，搅拌的时间为30
‑
60min，静置的时间为10
‑
12h；煅烧的条件为，在空气条件下，煅烧温度为450
‑
500℃，保温时间为2
‑
3h；
[0016]步骤2，花簇状TiO2的制备，首先，将步骤1所得TiO2/SiO2前体置于KOH溶液中，以一定条件下进行第一次水热反应，并将所得沉淀进行离心洗涤和干燥，然后，再以HCl溶液在一定条件下进行浸泡，并将浸泡后的沉淀进行离心洗涤和干燥，最后，在一定条件下进行第一次煅烧，即得到花簇状TiO2；
[0017]所述步骤2中，TiO2/SiO2前体和KOH的质量比为1:20，KOH溶液的浓度为2mol/l；HCl溶液的浓度为0.12mol/L，浸泡时间为2
‑
3h；
[0018]所述步骤2中，第一次水热反应的条件为，水热温度为100
‑
120℃，水热时间为20
‑
24h；
[0019]所述步骤2中，第一次煅烧的条件为，在空气条件下，煅烧温度为300
‑
350℃，煅烧时间为2
‑
3h；
[0020]步骤3，花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料的制备，将满足一定质量之比的六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素和氟化铵加入甲醇中搅拌溶解，得到溶液A，同时，将步骤2所得花簇状TiO2按一定比列加到离子水中超声，得到溶液B，然后，将溶液B缓慢的滴加入溶液A中，在一定条件下进行第二次水热反应，所得产物在进行离心洗涤和干燥后，在一定条件下进行第二次煅烧，即得到花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料，命名为Ni3Fe/TiO2。
[0021]所述步骤3中，六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素、氟化铵和花簇状TiO2的质量之比为2:1:1.2:0.1:0.25；
[0022]所述步骤3中，第二次水热反应的条件为，水热温度为100
‑
140℃，水热时间为8
‑
10h；
[0023]所述步骤3中，第二次煅烧的条件为，在氢氩混合气氛条件下，煅烧温度为450...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料，其特征在于：由花簇状TiO2和在其表面制备的Ni3Fe颗粒的组成，所述花簇状TiO2为先制备TiO2/SiO2，再制备成空心花簇状TiO2。2.根据权利要求1所述的花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料，其特征在于：所述TiO2/SiO2的微观形貌为空心球状，其尺寸为50
‑
70nm；所述花簇状TiO2的微观形貌为中空的花簇状结构，其尺寸为200
‑
500nm；所述Ni3Fe颗粒负载于花簇状TiO2表面，其尺寸为3
‑
5μm。3.一种花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，TiO2/SiO2前体的制备，首先，将油胺和无水乙醇混合搅拌得到混合物，然后，将钛酸四正丁酯、原硅酸四乙酯和H2O依次缓慢滴入混合物中静置，之后，将静置获得的沉淀经离心洗涤和干燥后，在一定条件下进行煅烧，即得到TiO2/SiO2前体；步骤2，花簇状TiO2的制备，首先，将步骤1所得TiO2/SiO2前体置于KOH溶液中，以一定条件下进行第一次水热反应，并将所得沉淀进行离心洗涤和干燥，然后，再以HCl溶液在一定条件下进行浸泡，并将浸泡后的沉淀进行离心洗涤和干燥，最后，在一定条件下进行第一次煅烧，即得到花簇状TiO2；步骤3，花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料的制备，下进行第一次煅烧，即得到花簇状TiO2；步骤3，Ni3Fe/TiO2的制备，将满足一定质量之比的六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素和氟化铵加入甲醇中搅拌溶解，得到溶液A，同时，将步骤2所得花簇状TiO2按一定比列加到离子水中超声，得到溶液B，然后，将溶液B缓慢的滴加入溶液A中，在一定条件下进行第二次水热反应，所得产物在进行离心洗涤和干燥后，在一定条件下进行第二次煅烧，即得到花簇状Ni3Fe/TiO2复合材料，命名为Ni3Fe/TiO2。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，油胺、无水乙醇、钛酸四正丁酯、原硅酸四乙酯和H2O的体积比为1.5:200:5:10:1；所述步骤1中，搅拌的时间为30
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60min，静置的时间为10
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12h；煅烧的条件为，在空气条件下，煅烧温度为450
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500℃，保温时间为2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，张浩华，孙玮琦，孙立贤，徐芬，郭荣荣，熊雯瑛，汪娟，邹勇进，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：