【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新型固體儲氫材料，具體涉及一種催化mgh2吸放氫的單原子合金及其制備方法。
技術介紹
1、氫作為一種清潔的可再生能源，具有能量密度高、安全、成本低等優點，作為一種理想的能源載體具有很大的潛力。因此，氫有望在未來幫助實現碳中和方面發揮重要作用。與氣態和液態壓縮氫的儲存相比，固態儲氫材料具有更高的重量、體積氫密度和更高的安全。氫化鎂(mgh2)具有天然資源豐富、成本低、理論重量容量高(7.6wt％)等優點，是最具代表性的金屬氫化物之一。然而，脫氫溫度高(～400℃)、動力學勢壘高(活化能為～160kj·mol-1)和循環穩定性差，極大地限制了mgh2的商業實際應用。
2、活性位點的數量和內在活性是決定催化活性和選擇性的重要因素。現有技術中，納米級催化劑對mg/mgh2儲氫材料具有良好的催化效果，因為小尺寸催化劑可以有效地暴露更多的表面活性位點并改變電子結構。與納米級催化劑相比，單原子催化劑(sacs)可以進一步提高催化效果。這是因為sacs的活性位點高度分散，甚至高達100％，這是納米顆粒催化劑無法達到的。此外，這些單原子形式的活性中心原子表現出特殊的配位環境和電子結構。單原子催化劑在高溫條件下可能會發生聚集或燒結，導致活性位點的喪失，影響催化劑的長期穩定性。此外，單原子制備過程可能涉及到昂貴的前驅體或復雜的合成步驟，這可能導致最終產品的成本較高，限制了其商業化應用。
技術實現思路
1、為解決m-n-c催化劑的在儲氫領域的穩定性難題，本專利技術提供了一種催化m
2、本專利技術采用以下技術方案實現：
3、一、一種催化mgh2吸放氫的單原子合金的制備方法
4、所述制備方法包括以下步驟：
5、1)使用金屬配位化合物包覆鎂基氫化物粉末，得到金屬配位化合物-鎂基氫化物復合物；所述金屬配位化合物具有金屬-氮(mn4)活性位點，mn4位點中，每個金屬中心(m)與四個氮原子(n)配位結合。
6、所述步驟1)具體為：將金屬配位化合物粉末溶解于有機溶劑中，再加入鎂基氫化物粉末，在常溫下經超聲處理后，攪拌一段時間后，經真空干燥得到金屬配位化合物-鎂基氫化物復合物。
7、其中，所述金屬配位化合物粉末與鎂基氫化物粉末的質量比為1～5：95～99。所述金屬配位化合物粉末與有機溶劑的用量比為2～10mg：0.5～2.5ml。所述有機溶劑包括四氫呋喃(thf)或n,n-二甲基甲酰胺(dmf)等。
8、其中，所述攪拌時間為6～12h。所述真空干燥的溫度為60～80℃，所述真空干燥的時間為6～12h。
9、可選地，所述鎂基氫化物為氫化鎂(mgh2)或者鎂鎳合金mg2nih4。
10、可選地，所述金屬配位化合物為金屬酞菁配位化合物、金屬四苯基卟啉配位化合物、四氨基卟啉化合物、四吡啶卟啉化合物或者金屬四苯基卟啉化合物。所述金屬配位化合物中的金屬中心為鎳、鐵、鈷、鈦、錳或釩。
11、當所述金屬為鎳時，所述鎳配位化合物的形狀為長棒狀，長度為3～5μm。所述鎂基氫化物粉末的尺寸優選為亞微米級。當所述鎂基氫化物采用氫化鎂時，所述氫化鎂(mgh2)粉末的尺寸優選為亞微米級，最優選為18μm。
12、優選地，所述金屬配位化合物為酞菁鎳(nipc)、酞菁鐵(fepc)、酞菁鈷(copc)或四苯基卟啉鎳(ni-tpp)等。
13、進一步地，所述的亞微米級氫化鎂粉末的制備過程具體為：將氫化鎂與四氫呋喃(1g氫化鎂對應1ml四氫呋喃)在不銹鋼球磨罐中混合，使用直徑為6mm和3mm的不銹鋼磨球，在室溫條件和惰性氣體氛圍下，以450～500r/min的速度進行球磨，球磨結束后，在60～80℃下真空干燥4～6h，得到氫化鎂粉末。球磨過程包括十次循環，每次循環的過程為正轉20～30min，間歇15min，反轉20～30min，間歇15min。其中，所述不銹鋼磨球的總重量與氫化鎂的重量比為40：1，所述的直徑為6mm的不銹鋼磨球與直徑為3mm的不銹鋼磨球的重量比為1：2。
14、2)對所述金屬配位化合物-鎂基氫化物復合物進行原位氫化處理，得到所述單原子合金。所述原位氫化處理具體為：進行6次脫氫/加氫反應；每次脫氫/加氫反應包括一次脫氫反應和一次加氫反應，脫氫反應的條件為：在350～400℃、3～5mpa下持續10～30min；加氫反應的條件為：在350～400℃、0～0.1mpa下持續10～30min。
15、具體實施中，所述脫氫/加氫反應在pct設備中進行。
16、二、一種催化mgh2吸放氫的單原子合金
17、所述單原子合金包括鎂基氫化物以及形成于鎂基氫化物表面晶格的金屬單原子-鎂催化劑。具體而言：金屬單原子鑲嵌在鎂基氫化物的表面晶格中，在鎂基氫化物的表面形成金屬單原子-鎂催化劑。所述金屬單原子-鎂催化劑用于催化鎂基氫化物吸放氫。
18、所述金屬單原子-鎂催化劑主要由金屬單原子m1鑲嵌在鎂基氫化物的表面晶格中形成。所述金屬單原子-鎂催化劑表示為：m1-mg。其中，m1表示金屬單原子，來源于金屬配位化合物的金屬-氮位點中的金屬m，具體為鎳單原子、鐵單原子、鈷單原子、鈦單原子、錳單原子或釩單原子，m1中的下標“1”表示金屬原子數量，mg表示鎂。
19、所述金屬單原子-鎂催化劑均勻分布于鎂基氫化物表面。所述金屬單原子m1在所述單原子合金中的質量含量為0.1～0.5％。
20、所述鎂基氫化物為氫化鎂(mgh2)或者鎂鎳合金mg2nih4。
21、與現有技術相比，本專利技術具備如下有益效果：
22、1、本專利技術制備方法具有制備工藝簡單、方法簡便、成分結構易于控制以及易于工業放大的特點。
23、2、本專利技術制備得到的單原子合金中，金屬單原子-鎂催化劑具有良好的穩定性，還具有比金屬-氮(mn4)位點更優異的催化mgh2吸放氫性能，因此本專利技術得到的單原子合金相比于mgh2具有良好的吸放氫性能，在儲氫領域具有廣闊的應用前景。
24、3、本專利技術制備得到的單原子合金ni1-mgh2在150℃的溫度下，在15min內吸氫量達到5.1wt％的h2。在275℃的溫度下，在30min內脫氫量達到6.2wt％的h2。
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1.一種催化MgH2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的催化MgH2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述金屬配位化合物為金屬酞菁配位化合物、金屬四苯基卟啉配位化合物、四氨基卟啉化合物、四吡啶卟啉化合物或者金屬四苯基卟啉化合物；所述金屬配位化合物中的金屬M為鎳、鐵、鈷、鈦、錳或釩。
3.根據權利要求1所述的催化MgH2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)具體為：將金屬配位化合物粉末溶解于有機溶劑中，再加入鎂基氫化物粉末，經超聲處理后，攪拌一段時間后，經真空干燥得到金屬配位化合物-鎂基氫化物復合物；所述金屬配位化合物粉末與鎂基氫化物粉末的質量比為1～5：95～99；所述金屬配位化合物粉末與有機溶劑的用量比為2～10mg：0.5～2.5mL。
4.根據權利要求3所述的催化MgH2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述攪拌時間為6～12h，所述真空干燥的溫度為60～80℃，所述真空干燥的時間為6～12h。
5.根據權利要求1所述的催
6.根據權利要求5所述的催化MgH2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述氫化鎂粉末的尺寸為亞微米級。
7.根據權利要求1所述的催化MgH2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述原位氫化處理具體為：進行6次脫氫/加氫反應；每次脫氫/加氫反應包括一次脫氫反應和一次加氫反應，脫氫反應的條件為：在350～400℃、3～5MPa下持續10～30min；加氫反應的條件為：在350～400℃、0～0.1MPa下持續10～30min。
8.一種采用權利要求1～7任一所述催化MgH2吸放氫的單原子合金的制備方法得到的單原子合金，其特征在于：所述單原子合金包括鎂基氫化物以及形成于鎂基氫化物表面的金屬單原子-鎂催化劑，所述金屬單原子-鎂催化劑表示為：
9.根據權利要求8所述的單原子合金，其特征在于：所述金屬單原子-鎂催化劑均勻分布于鎂基氫化物的表面，所述鎂基氫化物為氫化鎂或者鎂鎳合金Mg2NiH4；所述金屬單原子M1在所述單原子合金中的質量含量為0.1～0.5％。
10.根據權利要求8所述的單原子合金，其特征在于：所述金屬單原子-鎂催化劑用于催化鎂基氫化物吸放氫。
...【技術特征摘要】
1.一種催化mgh2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的催化mgh2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述金屬配位化合物為金屬酞菁配位化合物、金屬四苯基卟啉配位化合物、四氨基卟啉化合物、四吡啶卟啉化合物或者金屬四苯基卟啉化合物；所述金屬配位化合物中的金屬m為鎳、鐵、鈷、鈦、錳或釩。
3.根據權利要求1所述的催化mgh2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)具體為：將金屬配位化合物粉末溶解于有機溶劑中，再加入鎂基氫化物粉末，經超聲處理后，攪拌一段時間后，經真空干燥得到金屬配位化合物-鎂基氫化物復合物；所述金屬配位化合物粉末與鎂基氫化物粉末的質量比為1～5：95～99；所述金屬配位化合物粉末與有機溶劑的用量比為2～10mg：0.5～2.5ml。
4.根據權利要求3所述的催化mgh2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述攪拌時間為6～12h，所述真空干燥的溫度為60～80℃，所述真空干燥的時間為6～12h。
5.根據權利要求1所述的催化mgh2吸放氫的單原子合金的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述鎂基氫化物為氫化鎂，所述氫化鎂粉末的制備過程具體為：使用直徑為6mm和3mm的不銹鋼磨球，在室溫條件和惰性氣體氛圍下，以450～500r/m...
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