一种铂单原子催化剂及制备方法、镁基储氢材料及制备方法与流程

本发明属于镁基储氢材料领域，具体涉及一种铂单原子催化剂及制备方法、镁基储氢材料及制备方法。

背景技术：

1、随着世界人口的快速增长和经济全球化，全球能源需求日益增加，传统化石能源资源日渐短缺。过度使用化石能源还会导致温室效应、酸雨等环境问题。在此背景下，人类迫切需要发展可再生、清洁、高效的绿色新能源来替代传统能源。氢能因其最高的能量密度(142mj/kg)和绿色清洁的特点而被认为是未来可持续能源系统最有潜力的替代品之一。氢能系统主要包括氢的生产、储存、运输和利用四个方面。为了更广泛和更常规地使用氢能，需要克服其生产、储存和分配的一些限制，特别是成本、加/脱氢动力学、储氢密度和操作温度等方面。按照氢气在存储时的物理状态，储氢方式可分为气态储氢、液态储氢和固态储氢。气态储氢体积储氢密度低，能耗高，高压气瓶贵。液态储氢成本高，液化过程需要大量的能量，且保温装置昂贵且复杂。固态储氢是利用特定材料与氢发生物理/化学作用，将氢固定在材料中，具有高体积密度(高于液氢)和良好的安全性。

2、氢化镁由于其较高的重量和体积储氢能力(7.6wt％和110g/l)、优异的可逆性、丰富的镁资源(地表元素含量排名第八)、无毒、成本低等优势，是一种吸引人的储氢材料。但热力学稳定的mg-h键需要较高温度才能断裂，且h2分子/h原子在mg/mgh2(氢化镁)表面上解离/重组能力差，h原子在mg/mgh2基体中的扩散速率低，导致mg加氢和mgh2脱氢的动力学并不理想。为了实现动力学性能的双重调控，人们采用了许多策略，例如合金化、纳米化等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铂单原子催化剂及制备方法、镁基储氢材料及制备方法，该方法不需要合金化、纳米化，即可以实现mgh2的动力学性能。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种铂单原子催化剂，所述铂单原子催化剂包括活性炭以及负载在活性炭上的铂单原子，按质量百分比计，所述铂单原子催化剂包括：pt 0.2-5wt％，活性炭95-99.8wt％。

4、进一步的，按质量百分比计，所述铂单原子催化剂包括pt 0.5-2wt％，活性炭98-99.5wt％。

5、本发明第二方面提供一种铂单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：

6、将活性炭超声分散在超纯水中，得到分散液，然后将氯铂酸水溶液加入到所述分散液中，得到前驱液；

7、将所述前驱液于70-90℃下反应1-6h，得到铂单原子催化剂。

8、进一步的，活性炭为超高导电碳黑bp-2000。

9、进一步的，反应在转速为300-800rpm的搅拌下进行。

10、进一步的，反应后抽滤并真空干燥4-24h。

11、本发明第三方面提供一种镁基储氢材料，按质量百分比计，包括氢化镁85-97wt％与所述的铂单原子催化剂3-15wt％。

12、本发明第四方面提供一种镁基储氢材料的制备方法，包括以下步骤：

13、将氢化镁在氩气气氛下，粉碎后得到亚微米级氢化镁；将所述的铂单原子催化剂和亚微米级氢化镁研磨混合均匀，得到镁基储氢材料。

14、进一步的，亚微米级氢化镁与铂单原子催化剂的质量比为90-95：5-10。

15、进一步的，粉碎采用球磨。

16、进一步的，球磨采用的球料比为20-60:1，转速为300-600rpm，正反转间歇球磨8-14h。

17、进一步的，铂单原子催化剂和亚微米级氢化镁混合均匀采用研磨进行。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明的铂单原子催化剂，包括铂单原子和载体活性炭，原料简单，并且具有高效的催化性能。

20、本发明中铂单原子催化剂的制备方法简单，温度温和，易于实现。

21、本发明以活性炭负载的铂单原子为催化剂，将其负载在亚微米级mgh2上，有效提高了mgh2的放氢动力学性能，并能抑制mgh2颗粒在吸放氢过程中的团聚。本发明中不需要合金化、纳米化，即可以实现mgh2的动力学性能。本发明中的镁基储氢材料中加入铂单原子催化剂后，mgh2可以在保持较高储氢容量的同时，显著降低放氢温度；与铂单原子催化剂混合后的mgh2可以在250℃、10min内吸收6.62wt％的氢气，并在275℃、3h内释放4.95wt％的氢气，而未加入铂单原子的mgh2仅能释放1.64wt％的氢气。

22、进一步的，本发明中通过将氢化镁进行球磨，保证球磨后氢化镁的粒径，从而保证与铂单原子催化剂混合均匀性。

23、进一步的，通过球磨和浸渍将其负载在亚微米级mgh2上，能够保证mgh2的粒径，并且利于负载过程的进行。

技术特征：

1.一种铂单原子催化剂，其特征在于，所述铂单原子催化剂包括活性炭以及负载在活性炭上的铂单原子，按质量百分比计，所述铂单原子催化剂包括pt 0.2-5wt％，活性炭95-99.8wt％。

2.根据权利要求1所述的铂单原子催化剂，其特征在于，按质量百分比计，所述铂单原子催化剂包括pt 0.5-2wt％，活性炭98-99.5wt％。

3.权利要求1或2所述的铂单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的铂单原子催化剂的制备方法，其特征在于，活性炭为超高导电碳黑bp-2000。

5.根据权利要求3所述的铂单原子催化剂的制备方法，其特征在于，活性炭与氯铂酸的质量比为200:2.7-10.8。

6.根据权利要求3所述的铂单原子催化剂的制备方法，其特征在于，反应在转速为300-800rpm的搅拌下进行。

7.根据权利要求3所述的铂单原子催化剂的制备方法，其特征在于，反应后抽滤并真空干燥4-24h。

8.一种镁基储氢材料，其特征在于，按质量百分比计，包括氢化镁85-97wt％与权利要求1或2所述的铂单原子催化剂3-15wt％。

9.一种镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氢化镁在氩气气氛下，粉碎后得到亚微米级氢化镁；将权利要求1或2所述的铂单原子催化剂和亚微米级氢化镁混合均匀，得到镁基储氢材料。

10.根据权利要求9所述的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，亚微米级氢化镁与铂单原子催化剂的质量比为90-95：5-10。

11.根据权利要求9所述的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，粉碎采用球磨。

12.根据权利要求11所述的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，球磨采用的球料比为20-60:1，转速为300-600rpm，正反转间歇球磨8-14h。

13.根据权利要求11所述的镁基储氢材料的制备方法，其特征在于，铂单原子催化剂和亚微米级氢化镁混合均匀采用研磨进行。

技术总结本发明公开了一种铂单原子催化剂及制备方法、镁基储氢材料及制备方法，将氢化镁在氩气气氛下，粉碎后得到亚微米级氢化镁；将铂单原子催化剂和亚微米级氢化镁混合均匀，得到镁基储氢材料。本发明以活性炭负载的铂单原子为催化剂，将其负载在亚微米级MgH<subgt;2</subgt;上，有效提高了MgH<subgt;2</subgt;的放氢动力学性能，并能抑制MgH<subgt;2</subgt;颗粒在吸放氢过程中的团聚。本发明中不需要合金化、纳米化，即可以实现MgH<subgt;2</subgt;的动力学性能。技术研发人员：于冉,李学海,夏力行,胡晨,黎可,赵勇青,杜杲娴受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23