一种水解制氢用铝复合材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及氢能制备，尤其涉及一种水解制氢用铝复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、在当前能源系统中，化石燃料仍然占据主导地位，但其带来的环境污染和资源枯竭等问题不容忽视，氢能源引起独特的清洁性和高能量密度，被视为21世纪最具潜力的可再生能源之一，氢在燃烧后仅生成水，无任何温室气体排放，这使得氢能源在全球减排目标的实现中扮演着重要角色，随着全球能源危机和环境问题的加剧，各国纷纷将氢能纳入未来能源战略，以期实现能源结构的转型和经济的可持续发展。

2、氢气的制备方法多种多样，主要包括化石燃料重整、电解水、光催化分解水、生物质转化等，其中化石燃料重整是目前最主要的制氢方式，约占全球氢气产量的95％，然而这一方法还是依赖于不可再生的化石资源，还会伴随着二氧化碳的排放，难以满足可持续发展的要求。相较之下，金属与水反应制氢因其工艺煎蛋、能耗低、产氢速率高而成为研究的热点，其中铝作为一种与水反应生成氢气与无害氧化铝副产品的金属元素备受关注。

3、然而铝的活性主要受限于其表面生成的氧化铝薄膜，尽管这层薄膜的厚度仅有几纳米，但其极为致密且具有极强的化学稳定性，这极大地阻碍了活性铝与水的接触反应，因此如何有效去除或减薄这层氧化膜，成为提高铝与水反应速率，实现铝基制氢的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水解制氢用铝复合材料及其制备方法与应用。

2、第一方面，本发明提供的一种水解制氢用铝复合材料，包括铝基核心及成型在所述铝基核心表面的复合层，所述铝基核心以质量分数计包括90-95％的铝及余量的镁钠合金；所述复合层包括附着在所述铝基核心表面的碳基骨架及成型在所述碳基骨架上的钛铁氧化物。

3、本发明提供的铝复合材料，通过在铝基核心内复配添加镁元素与钠元素，能够有效提高铝在制氢反应过程中的活性，此外通过在铝基核心表面成型复合层，能够对铝基核心起到保护作用，避免铝基核心与氧气反应生成氧化铝薄膜，同时复合层中的碳基骨架能够对铝基核心起到全面包覆作用，并且碳基骨架与钛铁氧化物能够提供额外的催化活性位点，能够有效提高铝在制氢过程中的反应效率，同时钛铁氧化物能够有效提高碳基骨架的支撑和稳定性。

4、可选地，以质量分数计，所述铝基核心包括90-95％的铝、2-5％的镁和余量的钠。

5、可选地，所述铝基核心中铝的纯度大于或等于99.9％。

6、可选地，所述碳基骨架的材料包括石墨烯和碳纳米管中的至少一种。

7、可选地，所述钛铁氧化物包括氧化铁和氧化钛，且所述钛铁氧化物中钛元素与铁元素的摩尔比为1：(0.8-1.2)。

8、可选地，所述复合层在所述铝复合材料上的负载量为10-20％。

9、第二方面，本发明提供了一种铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：将单质铝及镁钠合金在300-500℃下高能球磨后制得铝基核心；将铝基核心在四甲基硅烷内超声分散后，分离干燥得活化基体；将活化基体与碳基原料在非极性溶剂内超声分散后制得复合中间体；将复合中间体分别在有机钛与有机铁内交替浸渍后，在200-300℃氧气气氛下煅烧后冷却得铝复合材料。

10、可选地，所述非极性溶剂包括正己烷、苯、四氯化碳和乙醚中的至少一种。

11、可选地，所述有机钛溶液包括钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯中的至少一种。

12、可选地，所述有机铁包括五羰基铁。

13、第三方面，本发明还提供了一种水解制氢用铝复合材料的应用。

技术特征：

1.一种水解制氢用铝复合材料，其特征在于，包括铝基核心及成型在所述铝基核心表面的复合层，所述铝基核心以质量分数计包括90-95％的铝及余量的镁钠合金；所述复合层包括附着在所述铝基核心表面的碳基骨架及成型在所述碳基骨架上的钛铁氧化物。

2.根据权利要求1所述的铝复合材料，其特征在于，以质量分数计，所述铝基核心包括90-95％的铝、2-5％的镁和余量的钠。

3.根据权利要求1所述的铝复合材料，其特征在于，所述铝基核心中铝的纯度大于或等于99.9％。

4.根据权利要求1所述的铝复合材料，其特征在于，所述碳基骨架的材料包括石墨烯和碳纳米管中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的铝复合材料，其特征在于，所述钛铁氧化物包括氧化铁和氧化钛，且所述钛铁氧化物中钛元素与铁元素的摩尔比为1：(0.8-1.2)。

6.根据权利要求1所述的铝复合材料，其特征在于，所述复合层在所述铝复合材料上的负载量为10-20％。

7.一种如权利要求1至6任一项所述铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将单质铝及镁钠合金在300-500℃下高能球磨后制得铝基核心；将铝基核心在四甲基硅烷内超声分散后，分离干燥得活化基体；将活化基体与碳基原料在非极性溶剂内超声分散后制得复合中间体；将复合中间体分别在有机钛与有机铁内交替浸渍后，在200-300℃氧气气氛下煅烧后冷却得铝复合材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述非极性溶剂包括正己烷、苯、四氯化碳和乙醚中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机钛溶液包括钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯中的至少一种；和/或，所述有机铁包括五羰基铁。

10.一种如权利要求1至6任一项所述铝复合材料的应用。

技术总结
本发明提供了一种水解制氢用铝复合材料及其制备方法与应用，涉及氢能制备技术领域。本发明提供的一种水解制氢用铝复合材料，包括铝基核心及成型在所述铝基核心表面的复合层，所述铝基核心以质量分数计包括90‑95％的铝及余量的镁钠合金；所述复合层包括附着在所述铝基核心表面的碳基骨架及成型在所述碳基骨架上的钛铁氧化物。本发明能够避免铝基核心与氧气反应生成氧化铝薄膜，从而提高铝复合材料在进行制氢时的产氢量和产氢速率。

技术研发人员：何建忠,王振中
受保护的技术使用者：上海天阳钢管有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5