[发明专利]一种铝-稀土微纳米复合制氢材料

说明书

技术领域

本发明属于稀土纳米复合制氢材料，具体地说是一种铝-稀土微 纳米复合制氢材料。

背景技术

能源短缺和环境污染成为当代人类社会发展面临的两大难题， 开发和利用清洁能源迫在眉睫。氢气是一种高效、无污染的洁净能 源，在国防工业、交通运输、金属切割、医药卫生等技术领域有着 广泛和重要的应用。氢气能量密度高，燃烧后只产生水、不产生具 有温室效应的CO₂和其它有毒气体，对环境无污染，是一种极具开发 潜力的理想清洁能源。现有技术制备氢气的方法是通过水电解制备 氢，这种方法的缺点是：设备复杂；制备氢气成本高；电能消耗大。 随着环境的恶化和全球气候的变暖，发展高效清洁能源技术已成为 21世纪世界各国发展的战略目标。燃料电池直接将化学能转变为电 能，具有高的能量转换效率；应用前景广泛。氢能量密度高，氧化 反应的副产物是对环境无污染的水，因此是燃料电池的理想燃料。

现有技术便携式燃料电池使用最多的燃料为甲醇和硼氢化钠， 现有燃料存在许多技术和成本上的缺点。例如，直接型甲醇燃料电 池(DMFC)中甲醇容易对电解质膜渗透；副产品对阳极催化剂有中毒 作用。硼氢化钠NaBH₄与水反应产生氢，但是NaBH₄价格昂贵，而且必 须使用强碱作为NaBH₄溶液的稳定剂，强碱的使用带来了环境污染。

为了解决上述技术问题，俄罗斯Kravchenko用Al与Ga、Sn、 In、Hg、Pb、Bi、Mg、Zn熔融制成高分散性合金材料水解制氢。这 种制氢材料具有较高的化学活性，在82℃下与纯水迅速发生水解制 氢反应。但是这些材料的缺点是：与水反应后，在部分Al表面都会 形成一层致密的氧化物保护膜，导致制氢材料反应不完全，反应速 率慢；而且制氢材料的合成工艺复杂，生产成本高。至今为止世界 上尚未有一种理想的水解制氢材料，因此发明一种原料易得、制备 工艺简单、成本低、活性好、水解制氢效果高的铝-稀土微纳米复合 制氢材料，对于促进高效清洁能源技术-氢气燃料电池的发展和扩大 稀土材料的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于发明一种原料易得、制备工艺简单、成本低、 活性好、水解制氢效果高的铝-稀土微纳米复合制氢材料，。

本发明目的是这样实现的：

铝-稀土微纳米复合制氢材料，由下列重量比的物质组成：

铝50-90份；稀土金属0.1-50份；金属粉0-10份；盐类0-10 份；无水乙醇0.3-10.0份；

其中：稀土金属为铈、镧、钇、镱中的一种；

金属为锌、铁、镁、锡、锑、铜中的一种；

盐类为金属氯化物、溴化物、硝酸盐和硼氢化物中的一种；

铝、稀土金属、金属为270-500目粉状。

铝-稀土微纳米复合制氢材料制备方法如下：

(1)按比例准确称取铝粉、金属粉、盐类放入不锈钢球磨罐中；

(2)向不锈钢罐中加入无水乙醇，在氩气保护下加入稀土金属 粉，封住罐口；

(3)将不锈钢罐放到行星式球磨机上球磨1-20小时；球料比为 1∶10-100；转速为300-600转/分钟；制得铝-稀土微纳米复合制氢材 料。

铝-稀土微纳米复合制氢材料的应用：将铝-稀土微纳米复合制 氢材料常压下放入室温-70℃的纯水中水解反应，制得氢气。

本发明的要点是：以铝为主要原料，采用机械球磨的方法，将 铝表面的氧化膜被破坏。加入一定量的稀土金属可以进一步活化铝， 使铝的表面活性增强，从而使铝与水能直接反应产生氢气。

本发明合成了一种新型高效Al-RE微纳米复合水解制氢材料。以 稀土Ce为例，Al、Ce的标准电极电势和铝与水反应产氢的反应式为：

Ce³⁺+3e^-Ce    E°＝-2.336V

Al³⁺+3e^-Al    E°＝-1.662V

2Al+6H₂O＝2Al(OH)₃+3H₂

2Al+4H₂O＝2AlOOH+3H₂