一种提高ZrTiCo合金动力学性能的储氢材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及储氢材料技术领域，尤其涉及一种提高ZrTiCo合金动力学性能的储氢材料及其制备方法。

背景技术

国际热核实验堆(ITER)的聚变能够产生巨大的净能量而被认为是最有前途的能源之一。在过去的几十年里，由于ITER燃料的稀缺性和放射性，人们一直致力于开发氢同位素的储存材料。

理想的氢同位素储存材料应同时满足高容量、快速动力学和高循环稳定性的特点。ZrCo基合金因其储氢能力高、平衡氢压低、加氢动力学快、无放射性、能捕获3He等优点而备受关注。ZrCo合金尽管有很多U无法比拟的优点，但ZrCo合金自身存在的缺点成为限制其应用的主要原因。ZrCo储氚合金应用于大规模氚的快速储存与供给的进程中，吸放氚动力学性能有待进一步改善。

近年来，为了解决ZrCo基合金存在问题，大多数研究围绕掺杂不同元素形成第二相改善ZrCo基合金动力学缓慢和易歧化等问题。Pt、Ru等贵金属基催化剂成本较高，2017年wang等人研究了不同沉积浓度Pd涂层对ZrCo合金表面形态、微观结构和储氢性能的影响。结果表明，与裸合金相比，所有钯涂层合金的氢化动力学性能都有所提高，这是由于钯涂层的催化剂作用。非贵金属基催化剂主要由过渡族金属及非金属所组成主要应用电解水制氢。

目前过渡金属能形成磷化物并具有较高催化活性的金属元素主要由Fe，Co，Ni，Cu，W，Mo六种组成。而对于磷化物催化剂材料的设计开发思路，一是通过调节整体结构来入手，如表面和界面结构、多孔结构和三维结构等；二是通过成分组成来设计，如元素化学计量比、元素掺杂或者合金化、纳米复合技术和物理复合技术等。开发成本更为低廉、来源广泛、储量大且催化活性高的非贵金属催化剂用以取代贵金属催化剂显得极其重要。

发明内容

基于此，本发明提供了一种提高ZrTiCo合金动力学性能的储氢材料及其制备方法。

本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明提供了一种提高ZrTiCo合金动力学性能的储氢材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备过渡族金属磷化物MP-MOF

聚乙烯吡络烷酮、过渡族金属盐和2,5-二羟基对苯二甲酸按照0.1～1:0.1～0.5:0.1～1质量比，溶于有机溶剂，然后在150～200℃下保温4～14h；

保温结束后进行离心、清洗、真空干燥处理，得到MP前驱体；

将所述MP前驱体与磷源混合后，在惰性气氛保护下进行烧结处理，得到过渡族金属磷化物MP-MOF；

S2、制备Zr

按0.8：0.2：1的原子百分比称取Zr、Ti、Co原料，混合均匀后放入坩埚中，然后置于熔炼炉中，使真空度达到3×10

在熔炼炉中通入惰性气体，然后加热进行熔炼处理，其中熔炼温度为1500～2300℃，熔炼时间为20～60s，熔炼结束后冷却，得到Zr

S3、混合处理

将所述Zr

优选的，步骤S1中过渡族金属盐为钴盐、镍盐、钼盐、铁盐或铜盐中的一种或多种。

优选的，步骤S1所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮或γ-丁内酯。

优选的，步骤S1所述MP前驱体与磷源的质量比为1：1～10，所述磷源为次亚磷酸钠。

优选的，步骤S1所述烧结温度为300～500℃，保温时间1～5h，升温速率为2～8℃/min。

优选的，步骤S3将所述Zr

本发明上述方法制备的储氢材料的通式为Zr

经检测，本发明所述储氢材料的吸氢温度为200～500℃，放氢温度为300～600℃。本发明所述储氢材料所储气体为氢及其同位素，即氕、氘、氚的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种提高ZrTiCo合金动力学性能的储氢材料及其制备方法，该方法是利用Zr

附图说明

图1为实施例1Zr

图2为实施例1其中(a-c)CoP-MOF和(d)Zr

图3为实施例1～3和对比例1制备的储氢材料的动力学曲线；

图4为实施例1～3和对比例1制备的储氢材料的循环曲线；

图5为实施例1储氢材料在在不同温度下的PCI曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明

实施例1

一种提高ZrTiCo合金动力学性能的储氢材料的制备方法，步骤如下：

S1、制备过渡族金属磷化物MP-MOF

0.5g聚乙烯吡络烷酮、0.5g乙酸钴和60mg2,5-二羟基对苯二甲酸溶于60mL N,N-二甲基甲酰胺，然后在150℃下保温10h；

保温结束后进行离心、清洗、真空干燥处理，得到Co-MOF前驱体；

将100mg所述Co-MOF前驱体与500mg次亚磷酸钠混合后，在氩气气氛保护下升温至380℃，并保温2h，其中升温速率为4℃min

S2、制备Zr

按0.8：0.2：1的原子百分比称取Zr、Ti、Co原料，混合均匀后放入坩埚中，然后置于熔炼炉中，使真空度达到3×10

在熔炼炉中通入氩气，然后加热进行熔炼处理，其中熔炼温度为2000℃，熔炼时间为20～40s，熔炼结束后冷却，得到Zr

S3、混合处理

将所述Zr

实施例2

将实施例1制备的Zr

实施例3

将实施例1制备的Zr

实施例4

一种提高ZrTiCo合金动力学性能的储氢材料的制备方法，步骤如下：

S1、制备过渡族金属磷化物MP-MOF

0.5g聚乙烯吡络烷酮、0.5g乙酸镍和60mg2,5-二羟基对苯二甲酸溶于60mL N,N-二甲基甲酰胺，然后在150℃下保温10h；

保温结束后进行离心、清洗、真空干燥处理，得到Ni

将100mg所述Ni

S2、制备Zr

按0.8：0.2：1的原子百分比称取Zr、Ti、Co原料，混合均匀后放入坩埚中，然后置于熔炼炉中，使真空度达到3×10

在熔炼炉中通入氩气，然后加热进行熔炼处理，其中熔炼温度为2000℃，熔炼时间为20～40s，熔炼结束后冷却，得到Zr

S3、混合处理

将所述Zr

对比例1

一种储氢材料，具体是按照实施例1的方法制备的Zr

将实施例1-3以及对比例1的储氢材料进行吸氢动力学、循环性能、和PCT测试。如图(3～5)所示。其中，图3在400℃对Zr

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。