一种镁-钴氢化物的合成方法与流程

本发明属于储氢材料技术领域，具体涉及一种镁-钴氢化物的合成方法。

背景技术：

氢能具有储量丰富、能量密度高和燃烧产物洁净等优点，氢能的规模化应用对能源、环境、经济和人类发展有着极其重要的意义。氢的储存是氢能应用的前提，主要有高压气态、低温液态和固态三种方法。相比较，固态储氢具有安全、高效、可重复等优点，是一种理想的储氢技术。在众多的固态储氢材料中，具有18电子结构的镁-钴氢化物mg2coh5具有高的氢含量(4.5wt.％)、低的成本和良好的吸氢动力学。然而，在mg-co二元体系中mg2co金属间化合物无法稳定存在，难以通过mg2co直接氢化的方法制备mg2coh5。

目前，mg2coh5只能在苛刻的温度和压力条件或者采用纳米级原料的前提下，通过烧结或机械球磨法合成。例如，zolliker等人以mg粉与co粉作为原料在417～447℃，4～6mpa氢气气氛中烧结几天首次制备出mg2coh5，但是这种途径制得的mg2coh5纯度较低，产物中还有未反应的mgh2和co[zollikerp，yvonk，fischerp，etal.inorganicchemistry，1985，24(24)：4177-4180]。fernández等人以mg粉和co粉为初始原料，通过90h的机械球磨处理，制备的mg2coh5最大产率约50％[fernándezig，meyergo，gennarifc.journalofalloysandcompounds，2008，464(1-2)：111-117]。马建丽等以mgh2和纳米co粉为原料，在氩气气氛下机械球磨10h获得了纯度为79％的四方结构mg2coh5纳米晶[马建丽，王艳，陶占良，等无机化学学报，2012，28(4)：657-661]。总体来说，这些mg2coh5的合成工艺比较复杂，产物纯度有待提高，原料来源的便捷性和价格也有待降低。

技术实现要素：

本发明针对现有镁-钴氢化物mg2coh5制备困难的现状，提供了一种高效便捷的mg2coh5的合成方法。该方法具体包括以下步骤：

(1)采用真空感应熔炼法将纯度不低于99.9％的钇块和钴片熔炼成co2y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；

(2)按1∶4的摩尔比称取步骤(1)中的合金粉末和镁粉置于球磨罐中；

(3)采用行星式球磨机对步骤(2)的混合粉末进行球磨处理；

(4)将步骤(3)的球磨产物进行氢化处理，即可获得镁-钴氢化物mg2coh5。

进一步的，所述步骤(2)中镁粉粒度小于75μm，纯度不低于99％。

进一步的，所述步骤(3)的球磨气氛为3～4mpa氢气，球料比为20～30∶1，球磨时间为10～20h。

进一步的，所述步骤(4)的氢化处理在4mpa氢压和300～400℃温度下进行，氢化时间为1～4h。

本发明的科学原理如下：

本发明通过引入稀土元素y，并以金属间化合物co2y作为中间合金改变mg2coh5的合成路径，降低mg2coh5的形成能垒。在mg+co2y混合粉末球磨和氢化处理过程中，mg与co2y和氢气直接反应形成mg2coh5，反应式为：mg+co2y+h2→mg2coh5+yh3+yh2。另外，原位生成的高活性、弥散分布的yh2～3还可对mg2coh5的吸/放氢起到催化作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)以镁粉、钇锭和钴片为初始原料，来源广，价格低廉。

(2)镁和钴可完全转变为镁-钴氢化物mg2coh5，合成效率高。

(3)所提供的合成方法，其工艺简单，节约能耗，安全可靠。

附图说明

图1为本发明实施例1中真空感应熔炼法制备的co2y合金的xrd图谱。

图2为本发明实施例1中mg+co2y混合粉末经球磨和氢化处理后的xrd图谱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

按照1∶2的摩尔比(并考虑钇3wt.％的烧损)称取纯度不低于99.9％的钇块和钴片，采用真空感应熔炼法将钇块和钴片熔炼成co2y合金(其xrd图谱如图1所示)，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，按1∶4的摩尔比称取co2y合金粉末和粒度小于75μm的镁粉(纯度不低于99％)置于球磨罐中；再在4mpa氢压、400rpm转速和30∶1球料比下，采用行星式球磨机对mg+co2y混合粉末进行12h球磨处理；最后，将球磨产物在350℃和4mpa氢压下氢化2h，即可获得所述的镁-钴氢化物mg2coh5。由图2可见，所用镁和钴完全转变为mg2coh5，合成效率高。

实施例2

按照1∶2的摩尔比(并考虑钇3wt.％的烧损)称取纯度不低于99.9％的钇块和钴片，采用真空感应熔炼法将钇块和钴片熔炼成co2y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，按1∶4的摩尔比称取co2y合金粉末和粒度小于75μm的镁粉(纯度不低于99％)置于球磨罐中；再在3mpa氢压、400rpm转速和30∶1球料比下，采用行星式球磨机对mg+co2y混合粉末进行16h球磨处理；最后，将球磨产物在400℃和4mpa氢压下氢化1.5h，即可获得所述的镁-钴氢化物mg2coh5。

实施例3

按照1∶2的摩尔比(并考虑钇3wt.％的烧损)称取纯度不低于99.9％的钇块和钴片，采用真空感应熔炼法将钇块和钴片熔炼成co2y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，按1∶4的摩尔比称取co2y合金粉末和粒度小于75μm的镁粉(纯度不低于99％)置于球磨罐中；再在4mpa氢压、400rpm转速和25∶1球料比下，采用行星式球磨机对mg+co2y混合粉末进行15h球磨处理；最后，将球磨产物在300℃和4mpa氢压下氢化4h，即可获得所述的镁-钴氢化物mg2coh5。

技术特征：

1.一种镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)采用真空感应熔炼法将纯度不低于99.9％的钇块和钴片熔炼成co2y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；

(2)按1∶4的摩尔比称取步骤(1)中的合金粉末和镁粉置于球磨罐中；

(3)采用行星式球磨机对步骤(2)的混合粉末进行球磨处理；

(4)将步骤(3)的球磨产物进行氢化处理，即可获得镁-钴氢化物mg2coh5。

2.如权利要求1所述的镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中镁粉粒度小于75μm，纯度不低于99％。

3.如权利要求1所述的镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于，所述步骤(3)的球磨气氛为3～4mpa氢气，球料比为20～30∶1，球磨时间为10～20h。

4.如权利要求1所述的镁-钴氢化物的合成方法，其特征在于，所述步骤(4)的氢化处理在4mpa氢压和300～400℃温度下进行，氢化时间为1～4h。

技术总结
本发明公开了一种镁‑钴氢化物的合成方法，属于储氢材料技术领域。该方法包括下述步骤：首先，采用真空感应熔炼法将金属钇块和钴片熔炼成Co2Y合金，并将合金粉碎成粒度小于75μm的粉末；然后，将摩尔比为1∶4的Mg+Co2Y混合粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理；最后，在4MPa氢压和300～400℃温度下对球磨产物进行氢化处理，即可获得所述的镁‑钴氢化物Mg2CoH5。本发明所提供的镁‑钴氢化物的合成方法，效率高，工艺简单，安全可靠；初始原料来源广，价格低廉。

技术研发人员：柳东明;李钊;陈曦;李永涛;斯庭智;张庆安
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：2020.11.30
技术公布日：2021.03.12