一种MXene储氢材料催化剂、含该催化剂的储氢材料及制备方法

本发明属于储氢，具体涉及表面具有特定官能团密度的mxene储氢材料催化剂、含该催化剂的储氢材料及制备方法。

背景技术：

1、在众多可再生能源中，氢能因其具有能量密度高、零排放、来源广、可再生等特点，被广泛认为是21世纪最具发展潜力的清洁能源。当前，在氢能产业链中，氢的储运是制约氢能大规模应用的瓶颈。相比于高压气态储氢和低温液态储氢，固态储氢具有储氢密度大、安全性好，成本低等优点，是未来最具发展前景的氢储运方式。在众多的固态储氢材料中，镁基固态储氢材料(mgh2)具有质量储氢密度高(7.6wt.％)、吸放氢过程可逆、资源丰富、价格低廉、绿色环保等优点，故成为固态储氢领域关注的重点。然而，由于镁基储氢材料缺乏有效的催化活性位点，导致吸放氢动力学性能差且使用温度过高(400℃)，限制了其实际应用。因此，高效催化剂的开发对镁基储氢材料的性能优化具有重要意义。

2、近些年来，二维过渡金属碳(氮)化物(mxene)因其独特的二维层状结构及较大的表面积特征，在催化领域受到了广泛关注。mxene的一般通式为mn+1xntx，其中m为过渡金属，如sc、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo等，x为碳、氮或碳氮，n＝1、2、3，t代表表面官能团，如cl–、f–等。现已经有研究人员将其作为催化剂运用到镁基储氢材料的性能改善中，研究结果表明在镁基储氢材料中添加少量mxene材料，可以显著改善其吸放氢性能。然而，mxene表面的活性位点为ti、nb等前过渡金属，这类过渡金属对氢的解离过程十分有效，但是容易形成较强的过渡金属-氢化学键，导致氢扩散过程的活化能显著升高。因此，如何平衡mxene催化剂对氢解离和氢扩散过程之间的矛盾关系，是进一步提高镁基储氢材料性能的关键。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种同时有利于氢分子的解离和扩散的mxene储氢材料催化剂；目的之二在于提供该mxene储氢材料催化剂的制备方法；目的之三在于提供含该催化剂的储氢材料；目的之四在于提供含该催化剂的储氢材料的制备方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、1、一种mxene储氢材料催化剂，所述mxene储氢材料催化剂的表面官能团密度为25-39at.％。

4、优选的，所述mxene储氢材料催化剂的表面官能团密度为27.3-38.59at.％。

5、优选的，所述mxene为nb2ctx或ti2ctx。

6、2、所述的mxene储氢材料催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

7、s1、将lif溶于浓盐酸中，得刻蚀液，然后将max相置于所述刻蚀液中，水热反应后离心洗涤，最后真空干燥，制得mxene；

8、s2、将步骤s1中制备的mxene置于管式炉中，在ar/h2气氛中于200-600℃下热处理8-16h。

9、优选的，步骤s1中，所述max相、lif和浓盐酸的质量体积比为：1:1-2:20-40，g:g:ml；所述水热反应具体为：于反应釜内90-180℃下反应12-36h。

10、优选的，步骤s1中，所述离心洗涤具体为：先以稀盐酸按4000-8000rpm的转速离心洗涤2-4次，再以去离子水按4000-8000rpm的转速离心洗涤至混合体系呈中性，每次离心时间为5-10min；所述真空干燥具体为：在50-90℃下真空干燥8-16h。

11、优选的，步骤s2中，按体积百分比计，所述ar/h2气氛中h2含量为1-10vol.％，气流流量为100-400ml/min。

12、优选的，步骤s1中，所述max相为nb2alc或ti2alc。

13、3、含所述的mxene储氢材料催化剂的复合储氢材料，按质量百分比计，所述复合储氢材料包括：所述mxene储氢材料催化剂3-10wt.％，mgh2 90-97wt.％。

14、4、含所述的mxene储氢材料催化剂的复合储氢材料的制备方法，将mgh2和所述mxene储氢材料催化剂在氩气气氛下，按球料比20-40:1，以200-800rpm的转速正反转间歇球磨8-12h。

15、优选的，所述正反转间歇球磨具体为：每球磨8-12min后暂停8-12min。

16、本发明的有益效果在于：本发明提供了一种mxene储氢材料催化剂、含该催化剂的储氢材料及制备方法。该mxene储氢材料催化剂表面官能团密度为25-39at.％，在该密度下，不但有利于mxene中过渡金属对氢分子的吸附解离，还有利于氢原子的扩散，实现了氢解离及扩散过程之间的良好匹配，因而使mxene具有更高的催化活性，在用于镁基储氢性能的改善方面具有很大的优势。具体的，将其与mgh2复合后，复合储氢材料在280℃下4min内放氢6.10wt.％，在100℃下60s内吸氢5.26wt.％。此外，在进行50次吸放氢循环后，复合储氢材料仍可保持4.8wt.％以上的储氢量。该催化剂稳定性良好，制作流程简单，且原料易得，适合扩大化生产。

17、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。

技术特征：

1.一种mxene储氢材料催化剂，其特征在于，所述mxene储氢材料催化剂的表面官能团密度为25-39at.％。

2.如权利要求1所述的一种mxene储氢材料催化剂，其特征在于，所述mxene储氢材料催化剂的表面官能团密度为27.3-38.59at.％。

3.如权利要求1或2所述的一种mxene储氢材料催化剂，其特征在于，所述mxene为nb2ctx或ti2ctx。

4.权利要求1所述的mxene储氢材料催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述max相、lif和浓盐酸的质量体积比为：1:1-2:20-40，g:g:ml；所述水热反应具体为：于反应釜内90-180℃下反应12-36h。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述离心洗涤具体为：先以稀盐酸按4000-8000rpm的转速离心洗涤2-4次，再以去离子水按4000-8000rpm的转速离心洗涤至混合体系呈中性，每次离心时间为5-10min；所述真空干燥具体为：在50-90℃下真空干燥8-16h。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，按体积百分比计，所述ar/h2气氛中h2含量为1-10vol.％，气流流量为100-400ml/min。

8.如权利要求4至7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述max相为nb2alc或ti2alc。

9.含权利要求1所述的mxene储氢材料催化剂的复合储氢材料，其特征在于，按质量百分比计，所述复合储氢材料包括：所述mxene储氢材料催化剂3-10wt.％，mgh2 90-97wt.％。

10.含权利要求1所述的mxene储氢材料催化剂的复合储氢材料的制备方法，其特征在于，将mgh2和所述mxene储氢材料催化剂在氩气气氛下，按球料比20-40:1，以200-800rpm的转速正反转间歇球磨8-12h。

技术总结
本发明涉及一种MXene储氢材料催化剂、含该催化剂的储氢材料及制备方法，属于储氢技术领域。该MXene储氢材料催化剂表面官能团密度为25～39at.％，在该密度下，不但有利于Mxene中过渡金属对氢分子的吸附解离，还有利于氢原子的扩散，实现了氢解离及扩散过程之间的良好匹配。该催化剂具有更高的催化活性，在用于镁基储氢性能的改善方面具有很大的优势。将其与MgH
技术研发人员：鲁杨帆,李建波,周祥,关浩天,李谦,陈玉安,王敬丰,潘复生
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16