一种碳纤维支撑的MgH2复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维支撑的MgH2复合材料及其制备方法，其中，包括碳纤维载体和原位形成在所述碳纤维载体表面的MgH2颗粒，其中碳纤维载体与MgH2颗粒的重量比为60

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维支撑的MgH2复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固态储氢
，尤其涉及一种碳纤维支撑的MgH2复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源作为现代人类生活和生产水平提高的重要源泉，也是推动人类进步的关键动力。氢气因其较高的能量密度(142MJ/kg)、无毒和清洁燃烧的特性而被认为是最有前途的化石燃料替代品之一。随着近年来，能源技术向可再生技术的转变，氢气作为燃料的使用变得越来越重要。氢气作为一种轻质气体，以紧凑、经济、安全的方式储存是一项挑战。目前被研究得最多的储氢方法包括化学储存和固态储存。在各种固态储氢材料中，MgH2因其高理论重量密度(7.6wt％)、地壳中Mg丰度高(2.3wt％)、成本低的特性引起了人们的广泛关注。
[0003]为了制备MgH2颗粒，研究了几种合成方法，包括球磨法、物理气相沉积法、液相还原法等，但是还存在着金属
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氢亲和力弱，纳米结构团聚和不稳定等缺点。中国专利号CN110116990B公开一种纳米氢化镁的原位制备方法，该体系是利用超声波使添加物在液体介质中引发空化效应促使氢化镁的形成，其制备过程复杂，且耗时过长，合成处理期间存在相互反应，条件不易控制。
[0004]针对镁基固态储氢体系性能和制备方法上存在的问题，需要提供一种制备过程简单、性能提升显著的MgH2复合材料及其制备方法。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种碳纤维支撑的MgH2复合材料及其制备方法，其解决了目前镁基固态储氢体系储和释放氢的性能较差、制备方法复杂的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供一种碳纤维支撑的MgH2复合材料，所述碳纤维支撑的MgH2复合材料，包括碳纤维载体和原位形成在所述载体表面的MgH2颗粒，其中碳纤维载体与MgH2颗粒的重量比为60
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70:30
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40。
[0010]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料，所述碳纤维载体为碳纤维布或碳纤维束。
[0011]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料，所述碳纤维载体为经过高温、氢气氛条件下预处理的表面带有缺陷的碳纤维载体。
[0012]第二方面，本专利技术实施例提供一种碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1碳纤维支撑的有机镁的制备：将有机镁的液体烷溶液滴加在预处理后的碳纤维
上，干燥去除液体烷，制得碳纤维支撑的有机镁；
[0014]S2碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备：将S1中的碳纤维支撑的有机镁进行氢化处理，制得碳纤维支撑的MgH2复合材料。
[0015]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，S1中，滴加有机镁的液体烷溶液在惰性气体中进行；所述有机镁的液体烷溶液为浓度为0.5
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1.5mol/L的二丁基镁的庚烷溶液。
[0016]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，S1中，所述二丁基镁的庚烷溶液浓度为1mol/L，预处理后的碳纤维与1mol/L二丁基镁的庚烷溶液的质量体积比为1g:40
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80mL，所述二丁基镁的庚烷溶液分次加入预处理后的碳纤维。
[0017]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，预处理后的碳纤维与1mol/L二丁基镁的庚烷溶液的质量体积比为1g:60mL。
[0018]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，S1中，所述碳纤维的预处理过程为，280
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350℃，3
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5Mpa氢压下干燥2
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3h。
[0019]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，S1中，所述碳纤维的预处理过程为，300℃，4Mpa氢压下干燥2h。
[0020]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，S1中，所述干燥去除液体烷的过程为，真空干燥10
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12h。
[0021]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，S2中，所述氢化处理的过程为，5
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7Mpa氢压下加热至200
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220℃，恒温处理2
‑
3h。
[0022]根据本专利技术的较佳实施例，所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，S2中，所述氢化处理的过程为，5Mpa氢压下加热至200℃，恒温处理2h。
[0023](三)有益效果
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种碳纤维支撑的MgH2复合材料及其制备方法，由于在保护气氛下，将有机镁原位氢解在具有高比表面积的碳纤维布表面上，碳纤维布表面的高度缺陷作为MgH2形核的生长位点，进一步限制了MgH2晶粒长大，形成了分散均匀的MgH2颗粒；在氢解的过程中，氢原子在碳纤维表面不断扩散形成了C
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H键，并且在C
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H键的作用下，进一步促进氢原子与镁原子之间的相互作用，使二者发生吸附或反应，在这个过程中不断削弱Mg
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H之间的强离子键从而改善复合材料的储氢性能，相对于现有技术而言，制备过程简单，易操作，原材料环保，可以规模制备及使用，具有一定推广价值。
[0025]本专利技术从格式试剂氢解的角度为镁基储氢体系提供了新的思路和选择，该碳纤维支撑的MgH2复合材料，吸氢容量和吸氢速率均有很大提升，吸氢活化能显著降低，放氢峰值温度降低了94℃，具备更好的热力学和动力学性能，显著改善了MgH2的储氢性能。
[0026]采用预处理后的碳纤维为载体，该载体与浓度约1mol/L二丁基镁的庚烷溶液的质量体积比为1g:60mL，制备过程中，将庚烷溶液分次滴加至反应容器内部，每滴加完一次，待预处理后的碳纤维布充分浸渍后再次滴加，使二丁基镁的庚烷溶液与预处理后的碳纤维布充分均匀浸渍，利于二丁基镁的均匀分布，后续进行氢化处理时反应彻底，颗粒分布均匀。
[0027]氢化处理中，将吸附了二丁基镁的碳纤维布放置在密闭样品室中，向样品室充入5Mpa氢气，控制反应温度200℃，恒温保持2h，以促进有机镁(二丁基镁)氢化，且利于形成C
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H键，以制得具有高纯度MgH2的碳纤维支撑的MgH2复合材料。
[0028]本专利技术制得的碳纤维支撑的MgH2复合材料在275℃、300℃、325℃的最大吸氢量分别为1.84wt％、1.98wt％、2.19wt％，对应的吸氢激活能为61.7kJ/mol；放氢峰值温度为369℃，与纯MgH2材料的放氢峰值温度对比降低了9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维支撑的MgH2复合材料，其特征在于：所述碳纤维支撑的MgH2复合材料，包括碳纤维载体和原位形成在所述碳纤维载体表面的MgH2颗粒，其中碳纤维载体与MgH2颗粒的重量比为60
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70:30
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40。2.如权利要求1所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料，其特征在于：所述碳纤维载体为碳纤维布或碳纤维束。3.如权利要求1或2所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料，其特征在于：所述碳纤维载体为经过高温、氢气氛条件下预处理的表面带有缺陷的碳纤维载体。4.一种碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1碳纤维支撑的有机镁的制备：将有机镁的液体烷溶液滴加在预处理后的碳纤维上，干燥去除液体烷，制得碳纤维支撑的有机镁；S2碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备：将S1中的碳纤维支撑的有机镁进行氢化处理，制得碳纤维支撑的MgH2复合材料。5.如权利要求4所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，其特征在于：S1中，滴加有机镁的液体烷溶液在惰性气体中进行；所述有机镁的液体烷溶液为浓度为0.5
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1.5mol/L的二丁基镁的庚烷溶液。6.如权利要求5所述的碳纤维支撑的MgH2复合材料的制备方法，其特征在于：S1中，所述二丁基镁的庚烷溶液浓度为1mol/L，预处理后的碳纤维与1mol/L二丁基镁的庚烷溶液的质量体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文晶，黄翠华，张信明，李建立，庞昌伟，王江弋，王明月，
申请(专利权)人：京氢未来新能源科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：