一种LDH与MXene复合改性氢化镁的储氢材料及其制备方法与流程

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一种ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及储氢材料技术领域，尤其涉及一种ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料及其制备方法。

背景技术：

2.氢化镁（mgh2）是一种高储氢容量的储氢材料，其重量储氢密度可达7.6 wt%，且mgh2的可逆性较好，mg资源丰富，是一种具有潜在应用前景的储氢材料。但是，mgh2的放氢反应焓变高达76 kj mol
−1，这导致其在1 bar氢压下的放氢温度在300
°
c以上，且mgh2的吸放氢速率很慢，循环衰退厉害，这些因素不利于mgh2的实际应用。目前，人们通过纳米化、合金化、催化等方法显著改善了mgh2的吸放氢性能。
3.层状过渡金属碳化物（mxene）在能量转化、存储、催化和传感等领域有着优异的性能，有研究表明，添加ti3c
2 mxene可以显著降低mgh2的吸放氢温度，同时也可以加快mgh2的吸放氢反应，一般认为，mxene独特的层状结构、表明丰富的官能团以及过渡金属的催化特性均是mgh2性能得以提高的重要原因。
4.虽然mxene能有效改善mgh2的吸放氢性能，但mxene本身的制备需要消耗大量的，对环境不友好。因此，采用mxene来改善mgh2的性能，市场应用效果不佳。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：提供一种ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料及其制备方法，旨在用更环保的ldh部分替代mxene，同时还能使制得的复合储氢材料的放氢性能与单独使用mxene改性的mgh2相当，对环境更加友好。
7.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，采用ldh与mxene的复合物对mgh2复合改性制得。
8.进一步地，所述ldh与mxene的复合物的添加量占总质量的1～50 wt%。
9.进一步地，所述ldh与mxene的复合物的添加量占总质量的2～20 wt%。
10.进一步地，所述ldh与mxene的复合物的添加量占总质量的5～15wt%。
11.需要说明的是，复合物的占比，会影响到储氢材料的放氢容量，因为ldh与mxene的复合物本身没有储氢的能力，但占用了重量，如果ldh与mxene的复合物的占比太大，则储氢材料的放氢量就会变小，而如果复合物添加量的占比太小，则对mgh2放氢温度的降低效果就没有那么明显。因此，根据综合考虑后，采用10 wt%左右的添加量最佳。
12.进一步地，所述mxene为ti3c2，通过hf溶液将ti3alc2粉末中的al刻蚀出来制得，所述mxene也可以为v2c、nbc中的任一种。
13.进一步地，所述ldh为fe-ni-ldh，也可以为fe-co-ldh、ni-co-ldh、ti-fe-ldh、ti-ni-ldh、ti-co-ldh中的一种或多种。
14.进一步地，所述ldh与mxene的复合物由六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素和mxene水热反应制得。
15.进一步地，所述hf溶液的浓度为40%。
16.进一步地，所述九水合硝酸铁和所述六水合硝酸镍的物质的量之比为1:3～3.5。
17.本发明还公开了一种ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料的制备方法，包括以下步骤：s1：将hf溶液与ti3alc2粉末混合，常温下磁力搅拌24 h后获得悬浊液，然后将所得悬浊液离心处理，清洗并干燥后获得ti3c2粉末；s2：将六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素溶于去离子水中并进行超声处理得到均匀的a溶液；s3：取步骤s1获得的ti3c2粉末分散到n-甲基吡咯烷酮中，获得b溶液；s4：将a溶液和b溶液混合后超声处理1 h，将得到的分散液倒入反应釜中，在120
°
c下保持6 h的水热反应后取出，将反应液过滤、洗涤、干燥后获得fe-ni-ldh/ti3c2复合物；s5：将mgh2和fe-ni-ldh/ti3c2复合物进行混合，通过球磨即可获得fe-ni-ldh/ti3c2改性的mgh2的储氢材料。
18.进一步地，所述球磨条件为，在氩气气氛环境下，球料比为40:1，球磨转速为400 rpm，球磨时间为2 h。
19.本发明的有益效果为：本发明制备的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料的起始放氢温度低于200
°
c，储氢容量高于6.7 wt%，使得储氢性能得到很大的提高，并且该储氢材料成本低廉，合成方案及工艺简单，其中mxene的使用量较少，对环境产生的不良影响较小。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例中提供的mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的扫描电镜图和元素分布图；图2是本发明实施例提供的mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的的x射线衍射图谱；图3是本发明实施例提供的mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的放氢曲线；图4是对比例1提供的mgh2的放氢曲线；图5是对比例2提供的mgh
2 + 10 wt% ti3c2复合储氢材料的放氢曲线。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
23.需要说明的是，以下实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
24.实施例1s1：将40 wt%浓度的hf溶液与ti3alc2粉末混合，常温下将其放在磁力搅拌机上磁力搅拌24 h，就可以把al从ti3alc2中刻蚀出来，制得ti3c2悬浊液，然后将所得悬浊液放入离心机中进行离心处理，处理完毕后，经多次清洗，并抽滤干燥，即可获得ti3c2粉末；s2：将0.653 g六水合硝酸镍、0.293 g九水合硝酸铁、8 g尿素溶于20 ml去离子水中并进行超声处理得到均匀的a溶液；s3：再取步骤s1获得的ti3c2粉末0.5 g分散到20 ml的n-甲基吡咯烷酮中，获得b溶液；s4：将a溶液和b溶液混合后超声处理1 h，将得到的分散液倒入反应釜中，在120
°
c下保持6 h的水热反应后取出，将反应液过滤、洗涤、干燥后获得fe-ni-ldh/ti3c2复合物；s5：称取0.9 g的mgh2和0.1 g的fe-ni-ldh/ti3c2复合物，采用机械球磨制备fe-ni-ldh/ti3c2改性的mgh2的储氢材料，在整个球磨的过程中，采用氩气保护，转速为400 rpm，球磨时间为2 h，球料比为40:1。
25.对比例1称取1 g的mgh2，进行机械球磨，获得产物甲，设定球磨转速400 rpm，球料比40:1，球磨时间2 h，球料比为40:1。
26.对比例2称取0.9 g的mgh2和0.1 g的ti3c
2 mxene，进行机械球磨，获得产物乙，设定球磨转速400 rpm，球料比40:1，球磨时间2 h，球料比为40:1。
27.以下结合附图，对本发明的实施例做详细说明。但本发明的保护范围不限于上述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。
28.图1为实施例1中制备的mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的扫描电镜图和元素分布图，从图1中可以看出，mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料为微米级类球状颗粒，颗粒分布较为均匀，mg、fe、ni、ti、c元素分布较均匀。
29.图2为实施例1制备的mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的x射线衍射图谱，在图2中，在衍射角2θ为28.2
±
0.2
°
、35.9
±
0.2
°
、40.2
±
0.2
°
、54.8
±
0.2
°
、58.0
±
0.2
°
、65.6
±
0.2
°
、69.0
±
0.2
°
、69.8
±
0.2
°
、76.0
±
0.2
°
、83.9
±
0.2
°
等处具有mgh2的特征峰；在2θ为25.8
±
0.2
°
、30.9
±
0.2
°
、41.0
±
0.2
°
等处有fe-ni-ldh的特征峰；在61.6
±
0.2
°
处有ti3c2的特征峰。
30.图3为实施例1制备的mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的放氢曲线，从图3可以看出，mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的起始放氢温度约为190
°
c，放氢量约为6.7 wt%。
31.图4为对比例1中产物甲的放氢曲线，从图4可以看出，产物甲的起始放氢温度约为320
°
c，放氢量约为6.0 wt%。
32.图5为对比例2中产物乙的放氢曲线，从图5中可以看出，产物乙的起始放氢温度约
为180
°
c，放氢量约为6.6 wt%。
33.总而言之，通过实施例1与对比例1进行比较，可以看出mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的起始放氢温度约为190
°
c，大大低于mgh2的起始放氢温度（约为320
°
c）。另外，mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的放氢量约为6.7 wt%，高于mgh2的放氢量（约为6.0 wt%）。因此，fe-ni-ldh/ti3c2可以显著降低mgh2的初始放氢温度，从而提高mgh2的储氢性能，另外，将实施例与对比例2进行比较，可以看出，mgh
2 + 10 wt% (fe-ni-ldh/ti3c2)复合储氢材料的起始放氢温度和放氢量均与mgh
2 + 10 wt% ti3c
2 mxene相当，所以，采用更加环保的ldh替代部分mxene来对mgh2进行改性，与单纯使用mxene改性的mgh2相当，但本发明的mxene使用量较少，对环境产生的不良影响较小。
34.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，采用ldh与mxene的复合物对mgh2复合改性制得。2.根据权利要求1所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，所述ldh与mxene的复合物的添加量占总质量的1～50 wt%。3.根据权利要求1所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，所述ldh与mxene的复合物的添加量占总质量的2～20 wt%。4.根据权利要求1所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，所述ldh与mxene的复合物的添加量占总质量的5～15wt%。5.根据权利要求1到4任一项所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，所述mxene为ti3c2，通过hf溶液将ti3alc2粉末中的al刻蚀出来制得。6.根据权利要求5所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，所述ldh与mxene的复合物由六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素和mxene水热反应制得。7.根据权利要求5所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，所述hf溶液的浓度为40%。8.根据权利要求6所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料，其特征在于，所述九水合硝酸铁和所述六水合硝酸镍的物质的量之比为1:3～3.5。9.根据权利要求6～8任一项所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将hf溶液与ti3alc2粉末混合，常温下磁力搅拌24 h后获得悬浊液，然后将所得悬浊液离心处理，清洗并干燥后获得ti3c2粉末；s2：将六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素溶于去离子水中并进行超声处理得到均匀的a溶液；s3：取步骤s1获得的ti3c2粉末分散到n-甲基吡咯烷酮中，获得b溶液；s4：将a溶液和b溶液混合后超声处理1 h，将得到的分散液倒入反应釜中，在120
°
c下保持6 h的水热反应后取出，将反应液过滤、洗涤、干燥后获得fe-ni-ldh/ti3c2复合物；s5：将mgh2和fe-ni-ldh/ti3c2复合物进行混合，通过球磨即可获得fe-ni-ldh/ti3c2改性的mgh2的储氢材料。10.根据权利要求9所述的ldh与mxene复合改性氢化镁的储氢材料的制备方法，其特征在于，所述球磨条件为，在氩气气氛环境下，球料比为40:1，球磨转速为400 rpm，球磨时间为2 h。

技术总结

本发明涉及储氢材料技术领域，尤其涉及一种LDH与MXene复合改性氢化镁的储氢材料，采用LDH与MXene的复合物对MgH2复合改性制得，其制备方法包括以下步骤：S1：采用HF溶液对Ti3AlC2粉末进行刻蚀，获得Ti3C2粉末；S2：将六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、尿素溶于去离子水中并进行超声处理得到A溶液；S3：取Ti3C2粉末分散到N-甲基吡咯烷酮中，获得B溶液；S4：将A溶液和B溶液混合后超声处理，将得到的分散液在120