一种掺杂高熵MXene的铝氢化物材料及其制备方法、释氢方法和应用与流程

本技术属于固态储氢，具体涉及一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料及其制备方法、释氢方法和应用。

背景技术：

1、氢能作为一种清洁、高效的二次能源，具有质量能量密度高、利用方式多样和产物清洁等优点。与高压气态储氢和低温液态储氢相比，固态储氢材料能够在相对温和条件下实现较高的体积储氢密度和较好的安全性，是燃料电池供氢、便携式氢电源、应急供氢和分布式能源系统的重要技术方向。

2、铝氢化物是固态储氢和化学供氢领域的重要材料。其中，lialh4、naalh4、alh3、mg(alh4)2和ca(alh4)2等材料具有较高理论含氢量，可通过热分解方式释放氢气。以lialh4为例，其可分步热分解释放氢气，但实际应用中通常存在起始分解温度较高、动力学较慢、低温分解不充分、热分解过程难以精细调控以及热分解产物中可利用氢未被充分开发等问题。

3、现有技术中，过渡金属、金属氧化物、金属卤化物、金属碳化物、碳材料、普通mxene及其负载型复合催化剂已经被用于改善铝氢化物的热分解性能，该类技术通常侧重于降低铝氢化物的热分解温度、提高热分解速率或改善一定温度下的释氢量。然而，对于部分铝氢化物而言，其热分解后的产物中常含有残余金属氢化物、金属铝或其他可水解组分。如果这些产物未进一步利用，将导致体系可释放氢利用不足。

4、因此，亟需提供一种铝氢化物复合材料，使其既能改善铝氢化物低温热分解性能，又能利用热分解后的产物继续水解供氢，从而提高铝氢化物中可利用氢的释放程度和实际供氢应用价值。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一方面提供了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料。

3、本发明的第二方面提供了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料的制备方法。

4、本发明的第三方面提供了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料的释氢方法。

5、本发明的第四方面提供了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料的应用。

6、有鉴于此，根据本技术实施例的第一方面提出了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料，包括：

7、铝氢化物组分和高熵mxene催化剂组分，高熵mxene催化剂组分至少部分分布于铝氢化物组分的颗粒表面、颗粒间隙、晶粒边界或界面区域，高熵mxene催化剂组分与铝氢化物组分形成物理复合，高熵mxene催化剂组分用于促进铝氢化物组分热分解过程中al-h键的活化与断裂，并用于促进热分解产物与水或含水反应介质接触后的水解供氢；

8、其中，物理复合包括球磨复合、表面复合、界面复合、包覆复合、嵌入复合、混浆复合、造粒复合和成型复合中的至少一种。

9、在一种可行的实施方式中，高熵mxene催化剂组分为多层片状结构、少层片状结构、单层片状结构、手风琴状层状结构、剥离片层结构、褶皱片层结构、纳米片堆叠结构或多孔片层结构。

10、在一种可行的实施方式中，高熵mxene催化剂组分的化学式表示为mn+1xntx；

11、其中，m为金属位点元素，m选自元素周期表iiib、ivb、vb、vib、viib、viii、ib和iib族金属元素以及镧系金属元素中的至少四种；

12、x为c、n和b中一种或两种以上的组合；

13、tx为表面端基，tx为o、f、cl、br、i和oh中一种或两种以上的组合；

14、n为1、2、3、4、5或6。

15、在一种可行的实施方式中，m包括sc、y、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、mn、re、fe、co、ni、ru、rh、pd、os、ir、pt、cu、ag、au、zn、cd以及镧系金属元素中的至少四种。

16、在一种可行的实施方式中，铝氢化物组分包括lialh4、naalh4、alh3、li3alh6、na3alh6和mg(alh4)2中的至少一种；

17、高熵mxene催化剂组分包括m2ctx型、m3c2tx型、m4c3tx型、m5c4tx型、m2ntx型、m3n2tx型和m2btx型中的至少一种；

18、高熵mxene催化剂组分相对于铝氢化物组分的质量百分含量为0.1wt.%~50wt.%。

19、根据本技术实施例的第二方面提出了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料的制备方法，用于制备如上述任一技术方案的掺杂高熵mxene的铝氢化物材料，包括：

20、对高熵mxene催化剂组分进行后处理；

21、在惰性气氛、真空或低水低氧环境下，将铝氢化物组分与高熵mxene催化剂组分混合，获得混合物；

22、对混合物进行物理复合处理，使高熵mxene催化剂组分至少部分分布于铝氢化物组分的颗粒表面、颗粒间隙、晶粒边界或界面区域；

23、其中，物理复合处理包括机械球磨、研磨、混浆、捏合、剪切分散、造粒、压片、辊压和成型处理中的至少一种。

24、在一种可行的实施方式中，在对高熵mxene催化剂组分进行后处理之前，还包括步骤：

25、提供高熵max相前驱体或高熵mxene催化剂组分；

26、当提供的是高熵max相前驱体时，对高熵max相前驱体进行选择性刻蚀处理，以去除至少部分a层元素，得到高熵mxene催化剂组分；

27、选择性刻蚀处理包括hf刻蚀、hcl/lif刻蚀、氟盐/酸体系刻蚀、熔盐刻蚀、碱刻蚀、氧化刻蚀和电化学刻蚀中的至少一种。

28、在一种可行的实施方式中，

29、低水低氧环境中水含量低于1000ppm，氧含量低于1000ppm；

30、物理复合处理包括机械球磨处理时，机械球磨处理的球料比为（5~100）:1，球磨转速为100r/min~800r/min，球磨时间为0.1h~24h。

31、根据本技术实施例的第三方面提出了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料的释氢方法，应用于如上述任一技术方案的掺杂高熵mxene的铝氢化物材料，包括：

32、在材料的热分解释氢阶段，将材料置于反应器中，在惰性气氛、真空、低压、常压或设定背压条件下加热，使铝氢化物组分发生热分解并释放氢气，得到热分解产物；

33、在热分解产物水解供氢阶段，向热分解产物中加入水或含水反应介质，使热分解产物中的金属氢化物和/或金属铝水解并释放氢气。

34、根据本技术实施例的第四方面提出了一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料的应用，基于如上述任一技术方案的掺杂高熵mxene的铝氢化物材料，包括：

35、材料用作粉体储氢材料、催化储氢材料、成型储氢材料、供氢填料、注水产氢燃料片、供氢模块或氢源单元。

36、本技术的一种掺杂高熵mxene的铝氢化物材料及其制备方法、释氢方法和应用，与现有技术相比，有益效果为：

37、本技术实施例提供的掺杂高熵mxene的铝氢化物材料，通过将高熵mxene催化剂组分引入铝氢化物释氢体系，并使高熵mxene催化剂组分至少部分分布于铝氢化物组分的颗粒表面、颗粒间隙、晶粒边界或界面区域，高熵mxene催化剂组分与铝氢化物组分形成球磨复合、表面复合、界面复合、包覆复合或成型复合，提高催化界面接触质量，从而利用高熵mxene的多金属位点、二维层状结构、表面端基、导电界面和界面浸润作用，实现铝氢化物热分解及热分解产物水解供氢的连续高效利用。具体的，在热分解阶段，高熵mxene催化剂组分可促进铝氢化物中al-h键的活化与断裂，降低热分解温度并提高供氢速率；在水解供氢阶段，热分解产物中的金属氢化物与水反应生成氢气和碱性产物，所形成的碱性环境能够促进金属铝表面钝化层破坏或溶解，使金属铝进一步参与水解产氢，获得热分解与热分解产物水解供氢相结合的高效供氢效果。本技术的掺杂高熵mxene的铝氢化物材料既能改善铝氢化物低温热分解性能，又能利用热分解后的产物继续通过注水或含水反应介质水解供氢，从而提高铝氢化物中可利用氢的释放程度和实际供氢应用价值，解决了现有铝氢化物体系存在的热分解温度较高、动力学较慢、产物利用不足以及单一催化体系难以同时兼顾热分解和热分解产物水解供氢的问题。