[发明专利]多孔储氢材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储氢材料领域，特别涉及一种多孔储氢材料的制备方法。

背景技术

随着石化资源的日益枯竭，以及随之引发的温室效应等环境问题，人们的环保意识逐渐加强，人们对清洁能源的需求也日益剧增。氢能作为一种高燃烧热、燃烧产物无污染的清洁能源，有望应用于车载氢燃料电池中，因此氢能的应用一直备受各国学者的普遍关注和高度重视。

氢气的规模储藏是氢能应用的关键技术之一，氢气储藏技术关键又在于选择吸氢性能高的储氢材料。储氢材料是一类可逆的吸收和释放氢气的材料，目前人们发现并合成了多种储氢材料，如金属靶、二元储氢合金、多元金属合金和碳基多孔材料等。但是上述材料都难以通过人工设计或对其结构进行改造实现材料储氢性能的改善。

近年来，设计合成具有气体吸附性能的金属有机多孔材料(MOFs)已经成为储氢材料研究中的一个热点领域，原因在于金属有机多孔材料既保持了有机高分子的特性，又具有无机金属的特性，是一类结构新颖、性能奇特的高分子材料。金属有机多孔材料不仅具有热稳定性好、比表面积大、形状选择余地大、工作压力低和存储容器重量轻等特点，其孔洞的孔径大小及体积还具有可调性。此外，金属有机多孔材料所展现出的热、力、光、电、磁学性质使其有望在信息的储存和传递、光电纤维、照相术、催化剂、分子识别、分子筛、半导体、超导体、陶瓷等领域得到应用，具有极为广阔的应用前景。

现有技术提供了多种金属有机多孔材料，如Long J.R.课题组报道的金属有机多孔吸附储氢材料在77K和45个大气压下能吸附5.1wt％和43g/L的H₂。现对于传统的金属或金属合金类的储氢材料，上述多孔储氢材料虽可通过调整孔洞孔径或体积使材料在低温条件下的储氢性能有所改善，但是略高于常温的环境下，此种材料的储氢性能较差，使其很难应用于车载氢燃料电池中。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种多孔储氢材料，其在略高于常温条件下仍具有较好的储氢效果。本发明人发现：以主族金属铟和有机羧酸类配体形成的化合物具有优异的气体吸附效果，由此本发明人经过创造性劳动后提供一种多孔储氢材料的制备方法，包括：

采用溶剂热合成法，以铟盐和有机羧酸为反应物，以哌嗪为模板剂，控制反应温度为80℃～110℃，调节反应溶液的pH值为4～6，得到多孔储氢材料；所述有机羧酸为C6～C20的芳香环或具有芳香环的稠环。

优选的，所述铟盐为氯化铟、硝酸铟、硫酸铟或醋酸铟。

优选的，所述有机羧酸为4，4’-联苯二甲酸、2，6-萘二甲酸、3，3’，4，4’-联苯四甲酸、2，3，7，8-萘四甲酸、联三苯二甲酸或2，7-芘二甲酸。

优选的，所述铟盐和有机羧酸的摩尔比为0.15～0.6∶0.2～0.4。

优选的，所述有机溶剂为N，N’-二甲基乙酰胺、N，N’-二甲基甲酰胺、乙醇和甲醇中的一种或几种。

优选的，所述有机溶剂为N，N’-二甲基乙酰胺和乙醇的混合溶液，所述混合溶液中N，N’-二甲基乙酰胺和乙醇和甲醇的体积比为3～10∶2～8。

优选的，所述反应温度为85℃～105℃。

优选的，所述反应溶液的pH值为4.5～5.5。

优选的，所述调节反应溶液的pH值为4～6具体为：使用硝酸调节反应溶液的pH值为4～6。

本发明还提供一种按照上述方法制备的多孔储氢材料。

本发明提供一种多孔储氢材料的制备方法，其是采用溶剂热合成法，以铟盐和有机羧酸为反应物，通过控制反应温度和反应溶液的pH值并以哌嗪为模板剂诱导有机羧酸与铟盐反应生成金属有机多孔材料。采用上述方法制备出的金属有机多孔材料不仅在低温条件下储氢效果好，且在略高于室温的条件下，也具有较好的储氢效果。实验证明，本发明提供的储氢材料在100℃、20P的条件下氢气吸收量达到30cm³/g，氢气释放量达到32cm³/g。

附图说明

图1为本发明本实施例1制得的储氢材料在-196℃的吸放氢气等温曲线；

图2为为本发明本实施例1制得的储氢材料在100℃的吸放氢气等温曲线。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。