一种铝硅基制氢体系的制备方法

技术领域

本发明属于制氢领域，具体涉及一种铝硅基制氢体系的制备方法。

背景技术

随着全球环境和能源问题的日益突出，汽车节能和减少有害排放的研究受到了空前重视。氢气具有热值高(理论值为142.35kJ/g)、清洁无污染(产物为水)等优点，是未来最具潜力的、低碳高效的能源载体。燃料电池作为氢能利用的最佳方式之一，近年来取得了飞速的发展。燃料电池是一种把储存在氢气和氧气中的化学能转化成电能的发电装置，作为便携电源、小型移动电源等，为汽车、通讯、计算机、娱乐场所及居民家庭等领域提供电源。但燃料电池应用仍面临着价格低廉、安全高效的氢气来源问题。

众所周知，地球上硅元素含量丰富，占地球元素总质量的26.4％；其来源广泛、与水反应条件温和，是一种很有前景的制氢材料。硅与水的反应方程式为：

Si(cr)+4H

Si(cr)+2H

每摩尔硅单质完全水解产生两摩尔氢气，理论水解氢含量达到硅的14.3wt％；由于硅资源丰富、成本低和较高能量密度等优点，利用其与水反应制取氢气近几年引起了人们关注。我国是硅材料的生产和消费大国；2017年硅的产能为480万吨，废弃的硅不计其数，因此利用硅材料尤其是废弃硅材料与水反应为燃料电池提供“氢燃料”，同时反应产物氧化硅实现循环利用，可有效缓解目前面临的环境污染和化石资源枯竭问题，对节能减排有较大的现实意义。由于硅的低反应活性以及硅水解产物SiO

Brack等[Brack P,Dann SE,Wijayantha KGU,et al.An assessment of theviability of hydrogen generation from the reaction of silicon power andsodium hydroxide solution for portable applications.Int.J.energy Research,2017,41:220-228.]采用微米级单质硅与20wt％NaOH溶液反应制取氢气；当单质硅与NaOH的摩尔比达到1:20，有80％的单质硅水解产生氢气。

Seidel H等[Seidel H,Csepregi L,Heuberger A,et al.Anisotropic etchingof crystalline silicon in alkaline solutions.J.Electrochemistry Society,1990,137:3627-3632.]发现：碱溶度在10-60wt％范围内，硅水解速率与碱浓度成正比例关系。但对于便携式电源应用场合，由于硅水解过程中使用强碱腐蚀溶液，这不仅对供氢系统设计和材质提高要求，同时也可能对使用者造成危害，这无疑限制了硅制氢材料的商业化应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种铝硅基制氢体系的制备方法，克服现有制备技术的缺陷，实现硅材料在中性水或弱碱性溶液中持续水解产氢。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

1.一种铝硅基制氢体系的制备方法，其特征在于：以铝粉、可溶性惰性金属盐和硅粉为原料,机械混合、氩气气氛高温烧结，再与碱和金属氟盐机械球磨，获得铝硅基制氢体系；铝粉和硅的摩尔比为0.3-3；可溶性惰性金属卤盐为氯化铋、氟化锡、氟化亚锡、氯化锡、氯化亚锡、氯化铜、氟化铜、氟化银、氟化铟和氟化镓的一种或两种；可溶性惰性金属卤盐与铝的摩尔比为0.01-0.1；碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂的一种或两种；金属氟盐为氟化钠、氟化钾、氟化锂和氟化铵的一种；碱与铝硅的摩尔比为0.01-0.2；金属氟盐与铝硅摩尔比的0.01-0.1；一种铝硅基制氢体系的制备方法，包括：

1)称量一定摩尔的铝粉、硅粉和可溶性惰性金属卤盐,氩气气氛，机械球磨1-10h；

2)将步骤1)产物压片、氩气气氛，加热到200-800℃，恒温5-20h；

3)将步骤2)产物粉碎、再与碱、金属氟盐机械球磨1-20h；铝硅基制氢体系。

本专利制备铝硅基制氢体系；采用可溶性惰性金属盐、铝和硅粉机械球磨、高温烧结，；通过三者形成掺杂其它金属和盐的铝硅合金体系，提高硅和铝的反应活性；再与碱和金属氟盐机械球磨，实现碱和金属氟盐均匀分散在铝硅合金表面，；并在水解过程中改变溶液的性质，进一步提高铝和硅粉的反应活性；并通过持续的碱溶液作用，减少铝硅水解产物在合金表面的沉积，持续保持铝硅与水的反应。与其它制氢材料相比，本发明专利具有如下优点：

1)本发明硅基制氢材料与水反应产生氢气，工艺简单、操作方便，有利于工业化生产。

2)本发明硅制氢材料不直接使用强碱溶液，不会对用户产生安全隐患，也对制氢设备材质要求不高。

3)本发明硅基制氢材料制备工艺成熟，极大降低了硅制氢材料成本。

4)本发明硅制氢材料在中性水溶液中具有很好的水解性能，完全可以为燃料电池提供便携式氢源。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：

实施例1

一种硅基制氢体系的成分设计：

1)硅粉，0.02mol；铝粉，0.03mol；氯化亚锡，0.002mol；氢氧化钠，0.001mol；氟化钠，0.001mol；

2)硅粉，0.02mol；铝粉，0.04mol；氯化铜，0.001mol；氢氧化钾，0.001mol；氟化钾，0.002mol；

一种铝硅基制氢体系的制备方法，包括：

1)称量一定摩尔的铝粉、硅粉和可溶性惰性金属卤盐，氩气气氛，机械球磨5h；

2)将步骤1)产物压片、氩气气氛，加热到600℃，恒温5h；

3)将步骤2)产物粉碎、再与碱、氟盐机械球磨5h；铝硅基制氢体系。

称量0.3g样品，投入中性水中，具有很好的水解产氢性能。

实施例2

一种硅基制氢体系的成分设计：

3)硅粉，0.02mol；铝粉，0.02mol；氟化亚锡，0.002mol；氢氧化锂，0.001mol；氟化锂，0.001mol；

4)硅粉，0.02mol；铝粉，0.01mol；氯化锡，0.001mol；三氯化铋，0.001mol；氟化铵0.0015mol；

一种铝硅基制氢体系的制备方法，包括：

1)称量一定摩尔的铝粉、硅粉和可溶性惰性金属卤盐，氩气气氛，机械球磨10h；

2)将步骤1)产物压片、氩气气氛，加热到700℃，恒温3h；

3)将步骤2)产物粉碎、再与碱、氟盐机械球磨10h；铝硅基制氢体系。

称量0.3g样品，投入中性水中，具有很好的水解产氢性能。

实施例3

制备方法同实施例1

一种硅基制氢体系的成分设计：

5)硅粉，0.02mol；铝粉，0.02mol；氯化铋，0.001mol；氢氧化钾，0.0012mol；氟化钾，0.002mol；

6)硅粉，0.02mol；铝粉，0.02mol；氟化锡，0.001mol；氢氧化钠，0.001mol；氟化锂，0.002mol；

7)硅粉，0.02mol；铝粉，0.02mol；氟化银，0.001mol；氢氧化钾，0.0008mol；氟化钠，0.002mol；

8)硅粉，0.02mol；铝粉，0.015mol；氟化镓，0.001mol；氢氧化钙，0.002mol；氟化铵，0.002mol；

称量0.3g样品，投入中性水中，具有很好的水解产氢性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。