一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料及其制备方法

技术领域

本发明属于镁基储氢材料的制备技术领域，涉及一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢能具有资源丰富、无碳、能量密度高(120MJ/kg)、应用场景多样等特点，其在减轻环境污染和推动能源转型的潜力巨大，因此成为了全球发展战略和竞争焦点。

目前，安全高效的氢储运技术是制约氢能产业链发展的主要瓶颈之一。

与传统储氢技术相比，基于镁基材料的固态储氢技术具有低成本、高储氢密度(7.6wt.％和110g H

添加催化剂是改善MgH

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料；本发明的目的之二在于提供一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料的制备方法；本发明的目的之三在于提供一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料在固态储氢方面的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料及其制备方法，所述镁基储氢材料包括VTiFe固溶体、CNTs和MgH

所述VTiFe固溶体的结构式为V

优选的，按照质量百分比，所述镁基储氢材料中VTiFe固溶体为0.1wt.％～20wt.％、CNTs为0.1wt.％～10wt.％。

优选的，按照质量百分比，所述镁基储氢材料中VTiFe固溶体为2wt.％～15wt.％、CNTs为1wt.％～5wt.％。

优选的，按照质量百分比，所述镁基储氢材料中VTiFe固溶体为3wt.％～10wt.％、CNTs为2.5wt.％～3.5wt.％。

2.上述镁基储氢材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)制备VTiFe固溶体：将纯度均为99％的金属单质钒(V)、单质钛(Ti)和单质铁(Fe)混合，进行湿法球磨，真空干燥后得到VTiFe固溶体；

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将所述MgH

优选的，步骤(1)中，所述湿法球磨中采用的磨罐和磨球均为不锈钢球材质、以氩气为球磨气氛、以正庚烷或无水乙醇为球磨工艺控制剂。

优选的，步骤(1)中，所述湿法球磨的时间为10～40h、球磨转速为300rpm～500rpm、球料比为5:1～30:1；

步骤(1)中，所述真空干燥为在70℃～100℃的真空干燥箱中干燥2～10h。

优选的，步骤(2)中，所述机械球磨中采用均为不锈钢球材质、以氩气为球磨气氛、球料比为10:1～50:1、球磨时间为5～10h、球磨转速为350rpm～500rpm。

优选的，步骤(3)中，所述机械球磨中采用均为不锈钢球材质、以氩气为球磨气氛、球料比为10:1～50:1、球磨时间为2～5h、球磨转速为350rpm～500rpm。

3.上述镁基储氢材料在固态储氢方面的应用。

本发明的有益效果在于：

1、本发明公开了一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，一方面以VTiFe固溶体作为催化剂，具有单相面心立方晶体结构，通过与MgH

2、本发明还公开了一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料的制备方法，先将金属单质钒(V)、单质钛(Ti)和单质铁(Fe)混合后湿法球磨得到VTiFe固溶体，然后与MgH

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为实施例1制备得到的VTiFe固溶体的SEM图；

图2为实施例1制备得到的VTiFe固溶体的XRD图谱；

图3为实施例1制备得到的VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料的SEM图；

图4为实施例1制备得到的镁基储氢材料(MgH

图5为球磨态MgH

图6为球磨态MgH

图7为实施例1制备得到的镁基储氢材料(MgH

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，具体制备方法如下所示：

(1)VTiFe固溶体的制备：采用湿法球磨的工艺制备VTiFe固溶体催化剂，在充满氩气的手套箱中分别称量1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末，置于100mL的不锈钢球磨罐中(三种粉末的总质量为5g)，加入15mL正庚烷作为工艺控制剂以防止球磨过程中粉末的冷焊，按照10:1质量比加入50g直径为8mm不锈钢磨球，使用行星式球磨机在氩气气氛下，以350rpm的转速球磨30h，采用正反交替的球磨方式，每球磨20min停机休息5min，最后使用真空干燥箱在80℃下干燥10h后得到VTiFe固溶体(V

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将0.06g CNTs粉末与1.94g上述制备的MgH

图1为实施例1制备得到的VTiFe固溶体的SEM图。从图1可以看出，实施例1中制备得到的VTiFe固溶体(V

图2为实施例1制备得到的V

图3为实施例1制备得到的V

研究实施例1制备得到的V

分别在手套箱中称量50mg实施例1制备的VTiFe固溶体和镁基储氢材料(MgH

图4为实施例1制备得到的镁基储氢材料(MgH

为了对比实施例1制备得到的镁基储氢材料(MgH

图6为球磨态MgH

图7为实施例1制备得到的镁基储氢材料(MgH

实施例2

将实施例1的步骤(1)中“1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末”分别修改为“0.488g的钒(V)、1.839g的单质钛(Ti)和2.673g的单质铁(Fe)粉末”和“2.022g的钒(V)、2.372g的单质钛(Ti)和0.606g的单质铁(Fe)粉末”和2.297g的钒(V)、0.432g的单质钛(Ti)和2.021g的单质铁(Fe)粉末，其余制备条件与实施例1的步骤(1)相同，从而分别得到V

(2)将实施例1的步骤(2)中的“V

(3)将实施例1(3)中的“MgH

表1为实施例1和实施例2得到的4种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料和球磨态MgH

表1不同镁基储氢材料和球磨态MgH

实施例3

一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，具体制备方法如下所示：

(1)VTiFe固溶体的制备：采用湿法球磨的工艺制备VTiFe固溶体催化剂，在充满氩气的手套箱中分别称量1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末，置于100mL的不锈钢球磨罐中(三种粉末的总质量为5g)，加入15mL正庚烷作为工艺控制剂以防止球磨过程中粉末的冷焊，按照10:1质量比加入50g直径为8mm不锈钢磨球，使用行星式球磨机在氩气气氛下，以350rpm的转速球磨30h，采用正反交替的球磨方式，每球磨20min停机休息5min，最后使用真空干燥箱在80℃下干燥10h后得到VTiFe固溶体(V

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将0.2g CNTs粉末与1.8g上述制备的MgH

实施例4

一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，具体制备方法如下所示：

(1)VTiFe固溶体的制备：采用湿法球磨的工艺制备VTiFe固溶体催化剂，在充满氩气的手套箱中分别称量1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末，置于100mL的不锈钢球磨罐中(三种粉末的总质量为5g)，加入15mL正庚烷作为工艺控制剂以防止球磨过程中粉末的冷焊，按照10:1质量比加入50g直径为8mm不锈钢磨球，使用行星式球磨机在氩气气氛下，以350rpm的转速球磨30h，采用正反交替的球磨方式，每球磨20min停机休息5min，最后使用真空干燥箱在80℃下干燥10h后得到VTiFe固溶体(V

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将0.02g CNTs粉末与1.98g上述制备的MgH

实施例5

一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，具体制备方法如下所示：

(1)VTiFe固溶体的制备：采用湿法球磨的工艺制备VTiFe固溶体催化剂，在充满氩气的手套箱中分别称量1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末，置于100mL的不锈钢球磨罐中(三种粉末的总质量为5g)，加入15mL正庚烷作为工艺控制剂以防止球磨过程中粉末的冷焊，按照10:1质量比加入50g直径为8mm不锈钢磨球，使用行星式球磨机在氩气气氛下，以350rpm的转速球磨30h，采用正反交替的球磨方式，每球磨20min停机休息5min，最后使用真空干燥箱在80℃下干燥10h后得到VTiFe固溶体(V

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将0.1g CNTs粉末与1.9g上述制备的MgH

实施例6

一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，具体制备方法如下所示：

(1)VTiFe固溶体的制备：采用湿法球磨的工艺制备VTiFe固溶体催化剂，在充满氩气的手套箱中分别称量1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末，置于100mL的不锈钢球磨罐中(三种粉末的总质量为5g)，加入15mL正庚烷作为工艺控制剂以防止球磨过程中粉末的冷焊，按照10:1质量比加入50g直径为8mm不锈钢磨球，使用行星式球磨机在氩气气氛下，以350rpm的转速球磨30h，采用正反交替的球磨方式，每球磨20min停机休息5min，最后使用真空干燥箱在80℃下干燥10h后得到VTiFe固溶体(V

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将0.02g CNTs粉末与1.98g上述制备的MgH

实施例7

一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，具体制备方法如下所示：

(1)VTiFe固溶体的制备：采用湿法球磨的工艺制备VTiFe固溶体催化剂，在充满氩气的手套箱中分别称量1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末，置于100mL的不锈钢球磨罐中(三种粉末的总质量为5g)，加入15mL正庚烷作为工艺控制剂以防止球磨过程中粉末的冷焊，按照10:1质量比加入50g直径为8mm不锈钢磨球，使用行星式球磨机在氩气气氛下，以350rpm的转速球磨30h，采用正反交替的球磨方式，每球磨20min停机休息5min，最后使用真空干燥箱在80℃下干燥10h后得到VTiFe固溶体(V

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将0.07g CNTs粉末与1.93g上述制备的MgH

实施例8

一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，具体制备方法如下所示：

(1)VTiFe固溶体的制备：采用湿法球磨的工艺制备VTiFe固溶体催化剂，在充满氩气的手套箱中分别称量1.625g的钒(V)、0.68g的单质钛(Ti)和2.695g的单质铁(Fe)粉末，置于100mL的不锈钢球磨罐中(三种粉末的总质量为5g)，加入15mL正庚烷作为工艺控制剂以防止球磨过程中粉末的冷焊，按照10:1质量比加入50g直径为8mm不锈钢磨球，使用行星式球磨机在氩气气氛下，以350rpm的转速球磨30h，采用正反交替的球磨方式，每球磨20min停机休息5min，最后使用真空干燥箱在80℃下干燥10h后得到VTiFe固溶体(V

(2)制备到MgH

(3)制备镁基储氢材料：将0.05g CNTs粉末与1.95g上述制备的MgH

对实施例1和实施例3～8制备的基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料进行性能测试(包括初始放氢温度、300℃下5min的放氢量和175℃下10min的吸氢量)，其结果如下表2所示。从表2可以看出，VTiFe固溶体和CNTs协同修饰MgH

表2实施例1和实施例3～8制备镁基储氢材料的储氢性能测试

同样的，将上述实施例的制备过程中的条件进行变动(如：步骤(1)中湿法球磨的时间的范围为10～40h、球磨转速的范围为300rpm～500rpm、球料比的范围为5:1～30:1，步骤(1)中真空干燥的温度的范围为70℃～100℃、时间的范围为2～10h，步骤(2)中，机械球磨中球料比的范围为10:1～50:1、球磨时间的范围为5～10h、球磨转速的范围为350rpm～500rpm，步骤(3)中，机械球磨中球料比的范围为10:1～50:1、球磨时间的范围为2～5h、球磨转速的范围为350rpm～500rpm)，同样能够制备得到基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，其性能与实施例1～实施例8中制备产物的性能相似，均具有良好的储氢性能。

综上所述，本发明公开了一种基于VTiFe固溶体和CNTs协同修饰的镁基储氢材料，一方面以VTiFe固溶体作为催化剂，具有单相面心立方晶体结构，通过与MgH

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。