[发明专利]一种水溶性有机膜包覆Mg-Ce合金纳米复合产氢带及其制备方法

说明书

一种水溶性有机膜包覆Mg‑Ce合金复合制氢材料，表达式为PVA@Mg‑xCe。该制氢材料的制备方法包括以下步骤：(一)选取镁块和Mg‑Ce中间合金；(二)将镁块在气氛保护下加热至熔融状态，将Mg‑Ce中间合金块加入镁熔融液体中，将合金熔体继续升温后进行保温，待中间合金块完全熔化后浇铸至提前预热的石墨模具中，在气氛保护下冷却至室温，得到Mg‑Ce合金铸锭；(三)合金铸锭在气氛保护下进行熔体快淬，使Mg‑Ce合金基体纳米化，得到合金纳米薄带；(四)将得到的纳米薄带置于超净化手套箱中进行提拉镀膜，获得水溶性有机膜PVA包覆的富镁纳米复合产氢材料。本发明可显著改善富镁合金的活化特性及初始水解反应动力学特性，巩固了组织调控后的良好改性效果。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种用于水解制氢的水溶性有机膜包覆Mg-Ce合金复合产氢薄带。

背景技术

氢能具有来源广、可循环、零排放三大显著优势，吸放氢循环过程中的唯一副产物H₂O，对环境非常友好。但要真正应用氢能源，建立氢经济，必须解决氢气的高效制备、安全存储及便捷利用三方面的问题。目前，氢气制备的方法大致有以下五种：燃气重组制氢、生物质制氢、电解水制氢、光解水制氢、金属水解制氢。

燃气重组制氢，虽然可高效获得氢气，但是原材料为化石能源，不具有环保性和可持续性；生物质制氢受规模和效率的限制，不利于大规模推广；电解水制氢耗能过大，经济性太差；光解水制氢是条理想途径，但目前所使用的高效光催化剂大都为稀有贵金属，成本过高；就目前而言，合金水解制氢优势显著，具有方式灵活、设备简单、能耗低、产物可利用、便携性强等优点，得到了越来越广泛的关注。近些年，以镁合金、铝合金、锌合金及其他金属为介质的水解制氢方式优势显著，成为关注的热点。

从总制氢效率、原料来源、兼容性等方面来考虑，镁合金是理想的水解制氢体系。但是镁合金表面容易形成氧化镁等钝化层，降低了电化学反应活性，导致水解制氢反应启动困难，需要提高水解温度或加入腐蚀性介质。镁合金基体电化学活性较低及扩散传质通道过少，存在水解制氢动力学缓慢、水解过程不可控等缺点，严重制约了该类水解制氢合金的实际应用。开发中性介质快速高效可控产氢的镁基合金体系，是目前水解制氢领域的关键性任务。

发明内容

为了克服水解制氢现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种水溶性有机膜包覆的Mg-Ce合金纳米产氢材料，可改善现有镁合金材料表面污染，水解制氢反应启动困难，制氢动力学缓慢及水解过程不可控等问题。

本发明通过引入活性元素Ce，强化镁合金电化学水解产氢过程，加速水解反应，改善水解特性，通过合金元素的种类和添加量控制合金体系电化学水解过程。通过熔体快淬技术，使Mg-Ce合金基体纳米化，增加反应比表面积，引入晶界、相界等缺陷，改善水解制氢反应中的传质过程。通过水溶性有机膜包覆熔体快淬的Mg-Ce合金薄带，可有效保护组织及相组成优化后的合金表面，提高表面电化学反应活性。水溶性有机膜，遇水后自行降解，暴露出新鲜高活性富镁合金表面，可快速启动水解制氢反应。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：

(1)合金配料：

选取镁块和Mg-30Ce中间合金块，镁块纯度≥99.8％，中间合金块纯度≥99.6％，按Ce含量占镁和中间合金总质量的5-15％进行配比，镁额外添加镁和中间合金总质量的5％作为烧损；

(2)制备合金铸锭：

将镁块放入烘干的高纯石墨坩埚中，在气氛保护下将镁块加热至熔融状态，将Mg-30Ce中间合金块加入镁熔融液体中，机械搅拌30min，获得Mg-Ce二元合金熔体，将合金熔体继续升温至870-900℃,保温30min，保温过程中对合金熔体进行机械搅拌，待Mg-30Ce中间合金块完全熔化后浇铸到预热的高纯石墨模具中，自然冷却至室温，得到Mg-Ce合金铸锭，浇铸及冷却过程均在气氛保护下进行；

(3)熔体快淬：