本發(fā)明涉及一種儲氫材料的制備方法。

背景技術(shù)：

作為一種制備新材料的重要方法，球磨法已得到廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)研究中，通過高溫或化學(xué)變化來實現(xiàn)新材料的制備及晶型的轉(zhuǎn)化、晶格變形。機(jī)械能直接參與或引發(fā)了化學(xué)反應(yīng)是一種新思路。機(jī)械化學(xué)法的基本原理是利用機(jī)械能來誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)或誘導(dǎo)材料組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化，以此來制備新材料。作為一種新技術(shù)，它具有明顯降低反應(yīng)活化能、細(xì)化晶粒、極大提高粉末活性和改善材料分布均勻性及增強(qiáng)體與基體之間界面的結(jié)合，促進(jìn)固態(tài)離子擴(kuò)散，誘發(fā)低溫化學(xué)反應(yīng)，從而提高了材料的密實度和電、熱學(xué)等性能，是一種節(jié)能、高效的材料制備技術(shù)。

當(dāng)今時代，人類正面臨著嚴(yán)重的環(huán)境污染與能源危機(jī)，時代的進(jìn)步和社會的可持續(xù)發(fā)展呼喚著新型可再生能源的開發(fā)和利用。作為環(huán)境友好型的新能源，氫能因具有高能量、高揮發(fā)性、燃燒值高等特點，受到國內(nèi)外專家、學(xué)者的廣泛關(guān)注。開發(fā)新型高容量的儲氫材料與儲氫技術(shù)成為氫能領(lǐng)域研究的熱點之一，然而，傳統(tǒng)方法不足以安全的存儲和運輸氫氣。因此，在未來研究中，將氫氣儲存在一種質(zhì)量輕且安全的材料中，同時實現(xiàn)氫氣的高效存儲和釋放成為氫氣被廣泛使用的重要條件。石墨烯由于具有電子遷移率高、熱導(dǎo)率高、比表面積大等優(yōu)異性能被認(rèn)為是符合以上條件的理想物質(zhì)，并已在其它材料領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。為了使氫氣能夠被高效可逆的存儲，即氫氣能夠被容易地吸收，且在接近室溫條件下釋放，這就要求石墨烯和氫氣的結(jié)合能既不能太高，也不能太低，最好是在-0.2～-0.6ev/H₂之間，普通石墨烯和氫氣的結(jié)合能范圍在-0.01～-0.09ev/H₂之間，并不能滿足上述要求。因此，如何對石墨烯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性使其滿足儲氫材料的要求成為儲氫材料研究的重點之一。鈦系合金具有具有較好的儲氫性能(儲氫量為1.8％～4％)，放氫溫度低(可在-30℃時放氫)、成本適中等優(yōu)點，其缺點是不易活化、易中毒(特別易受CO氣體毒化)、室溫平衡壓太低，致使氫化物不穩(wěn)定。用鈦元素修飾石墨烯，使之與氫分子之間形成介于物理吸附和化學(xué)吸附之間的作用力，從而可改善石墨烯的可逆儲氫能力，同時可以使儲氫材料的可循環(huán)利用性得到明顯的改善。二者的有效整合協(xié)同促進(jìn)了對氫的釋放和吸收，改善材料的吸放氫的動力學(xué)和熱力學(xué)性能，提高了儲氫容量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種合成方法及設(shè)備簡單，產(chǎn)量高，重復(fù)性好的高容量儲氫材料TiC_0.96的制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

(1)將研磨球、鈦粉加入到研磨罐中；

(2)將研磨罐充惰性氣體保護(hù)，密封后進(jìn)行第一次球磨反應(yīng)；

(3)第一次球磨反應(yīng)后，取出研磨球，收集預(yù)研磨的鈦粉；

(4)將研磨球、預(yù)研磨的鈦粉、石墨烯加入到研磨罐中；

(5)將研磨罐充惰性氣體保護(hù)，密封后進(jìn)行第二次球磨反應(yīng)；

(6)第二次球磨反應(yīng)后，取出研磨球，收集產(chǎn)物；

(7)將收集的產(chǎn)物置于活化液中超聲活化30-40分鐘，活化完成后用離心機(jī)分離、去離子水洗滌；

(8)取出烘干，即得純的TiC_0.96納米材料。

本發(fā)明還可以包括：

1、球磨反應(yīng)的球磨轉(zhuǎn)速為400～600轉(zhuǎn)/分鐘。

2、第一次球磨反應(yīng)時，研磨球與鈦粉的質(zhì)量比為1:10～1:15。

3、第二次球磨反應(yīng)時，預(yù)研磨的鈦粉與石墨烯的摩爾比在1:1～2：3，優(yōu)選為1:1.2或1:1.4；研磨球與預(yù)研磨的鈦粉和石墨烯之和的質(zhì)量比為1:10～1:15。。

本發(fā)明提供了一種對TiC_0.96新型儲氫材料的固相制備方法，并且將該材料第一次應(yīng)用于儲氫領(lǐng)域，其在100℃時儲氫容量達(dá)8.48wt％。應(yīng)用工業(yè)上成型的球磨技術(shù)，調(diào)節(jié)反應(yīng)物的摩爾比例和研磨球與反應(yīng)物的質(zhì)量比，并且將制得的TiC_0.96納米化合物置于活化液中超聲活化30-40分鐘，活化完成后用離心機(jī)分離、去離子水洗滌并于60℃干燥1-3小時，經(jīng)過數(shù)百次實驗總結(jié)比較，首次成功制備TiC_0.96納米化合物。該方法可以進(jìn)行10g以上數(shù)量級的TiC_0.96的制備，在工業(yè)生產(chǎn)上具有重要意義。

本發(fā)明的高容量儲氫材料TiC_0.96的制備方法，既保持了與國際同步，在研究內(nèi)容、關(guān)鍵科學(xué)問題的凝練和研究目標(biāo)的確立方面又有自己的特色，這將促進(jìn)我國在新型儲氫材料研究方面的深入開展并達(dá)到國際先進(jìn)水平。

本發(fā)明合成的TiC_0.96納米材料區(qū)別于傳統(tǒng)水相和氣相納米材料的制備方法，本發(fā)明是利用工業(yè)成型的球磨技術(shù)在非整比化合物合成的一個探索，它具有合成方法簡單，設(shè)備簡單，制備條件要求不高，產(chǎn)量高，重復(fù)性好，制備產(chǎn)品尺寸均勻等特點。

附圖說明

圖1本發(fā)明制備的TiC_0.96X射線衍射圖像。

圖2本發(fā)明制備的TiC_0.96掃描電子顯微圖像。

圖3本發(fā)明制備的TiC_0.96在50℃時的儲氫情況示意圖。

圖4本發(fā)明制備的TiC_0.96在100℃時的儲氫情況示意圖。

圖5本發(fā)明制備的TiC_0.96在200℃時的儲氫情況示意圖。

圖6本發(fā)明制備的TiC_0.96在300℃時的儲氫情況示意圖。

具體實施方式

為更好的理解本發(fā)明，下面通過實例進(jìn)行說明。

本發(fā)明具體操作中，對球磨機(jī)沒有嚴(yán)格限制所述的球磨機(jī)種類不限，但是優(yōu)選高能球磨機(jī)，包括但不限于行星式高能球磨機(jī)、三維振動型高能球磨機(jī)、攪拌型高能球磨機(jī)、滾動型高能球磨機(jī)。本發(fā)明的球磨時間可以是連續(xù)的球磨時間，也可以是間歇球磨，即先球磨一段時間，中間間隔一段時間，然后再繼續(xù)球磨的總球磨時間，其中間隔時間為10-60分鐘，除去間隔時間的球磨時間為10小時。

實施例1

(1)將研磨球、鈦粉按一定比例、加入到研磨罐中；

(2)將研磨罐充惰性氣體保護(hù)，密封后在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨2小時；

(3)研磨結(jié)束后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(4)將研磨球、預(yù)研磨的鈦粉、石墨烯按1:1加入到研磨罐中；將已裝入樣品的球磨罐放入手套箱中進(jìn)行充惰性氣體保護(hù)(注意，此處充惰性氣體保護(hù)是由于Ti在有氧存在時，球磨過程中會發(fā)生Ti的氧化)；

(5)密封球磨罐，將密封好的球磨罐裝在球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，在600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨10小時；

(6)研磨后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(7)將收集的產(chǎn)物置于活化液中超聲活化30-40分鐘，活化完成后用離心機(jī)分離、去離子水洗滌；

(8)取出烘干，即得純的TiC_0.96納米材料。

實施例2

(1)將研磨球、鈦粉按一定比例、加入到研磨罐中；

(2)將研磨罐充惰性氣體保護(hù)，密封后在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨2小時；

(3)研磨結(jié)束后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(4)將研磨球、預(yù)研磨的鈦粉、石墨烯按1:1.2加入到研磨罐中；將已裝入樣品的球磨罐放入手套箱中進(jìn)行充惰性氣體保護(hù)(注意，此處充惰性氣體保護(hù)是由于Ti在有氧存在時，球磨過程中會發(fā)生Ti的氧化)；

(5)密封球磨罐，將密封好的球磨罐裝在球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，在600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨10小時；

(6)研磨后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(7)將收集的產(chǎn)物置于活化液中超聲活化30-40分鐘，活化完成后用離心機(jī)分離、去離子水洗滌；

(8)取出烘干，即得純的TiC_0.96納米材料。

實施例3

(1)將研磨球、鈦粉按一定比例、加入到研磨罐中；

(2)將研磨罐充惰性氣體保護(hù)，密封后在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨2小時；

(3)研磨結(jié)束后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(4)將研磨球、預(yù)研磨的鈦粉、石墨烯按1:1.4加入到研磨罐中；將已裝入樣品的球磨罐放入手套箱中進(jìn)行充惰性氣體保護(hù)(注意，此處充惰性氣體保護(hù)是由于Ti在有氧存在時，球磨過程中會發(fā)生Ti的氧化)；

(5)密封球磨罐，將密封好的球磨罐裝在球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，在600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨10小時；

(6)研磨后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(7)將收集的產(chǎn)物置于活化液中超聲活化30-40分鐘，活化完成后用離心機(jī)分離、去離子水洗滌；

(8)取出烘干，即得純的TiC_0.96納米材料。

實施例4

(1)將研磨球、鈦粉按一定比例、加入到研磨罐中；

(2)將研磨罐充惰性氣體保護(hù)，密封后在400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨2小時；

(3)研磨結(jié)束后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(4)將研磨球、預(yù)研磨的鈦粉、石墨烯按1:1.5加入到研磨罐中；將已裝入樣品的球磨罐放入手套箱中進(jìn)行充惰性氣體保護(hù)(注意，此處充惰性氣體保護(hù)是由于Ti在有氧存在時，球磨過程中會發(fā)生Ti的氧化)；

(5)密封球磨罐，將密封好的球磨罐裝在球磨機(jī)上，進(jìn)行球磨，在600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下研磨10小時；

(6)研磨后，取出研磨球，將產(chǎn)物倒入容器內(nèi)收集；

(7)將收集的產(chǎn)物置于活化液中超聲活化30-40分鐘，活化完成后用離心機(jī)分離、去離子水洗滌；

(8)取出烘干，即得純的TiC_0.96納米材料。

上述各實例中，所述的反應(yīng)混合物與磨球的質(zhì)量比1:10到1:15之間。