一种通过机械球磨制备的Li3AlH6材料及其方法
阅读说明：本技术 一种通过机械球磨制备的Li3AlH6材料及其方法 (Li prepared by mechanical ball milling3AlH6Material and method thereof ) 是由 李芸 何俊 张玉贤 陈立新 于 2020-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通过机械球磨制备的Li-3AlH-6材料及其方法,制备方法具体如下：将LiH和LiAlH-4在惰性气氛下混合均匀并研磨粉碎,得到混合样品；将混合样品放入装有研磨球的球磨罐中,将球磨罐抽真空后并充入惰性气体；将充入惰性气体的球磨罐装入球磨机中,进行间歇式球磨至少50h,得到Li-3AlH-6材料。本发明通过研究合成Li-3AlH-6过程中的原料配比、球料比、球磨气氛等参数,尤其是强调了球磨中的冷却周期,从而实现了能够通过简单的机械球磨方法合成高纯度的Li-3AlH-6材料。本发明的方法操作简单,仅需要使用常规的球磨机,配合相应球磨参数和方法,即可实现高纯度Li-3AlH-6材料的制备。(The invention discloses Li prepared by mechanical ball milling 3 AlH 6 The material and the method thereof have the following specific preparation method: mixing LiH and LiAlH 4 Uniformly mixing and grinding the mixture in an inert atmosphere to obtain a mixed sample; putting the mixed sample into a ball milling tank filled with grinding balls, vacuumizing the ball milling tank and filling inert gas into the ball milling tank; filling the ball mill tank filled with inert gas into a ball mill, and performing intermittent ball milling for at least 50h to obtain Li 3 AlH 6 A material. The invention synthesizes Li by research 3 AlH 6 The parameters of the raw material proportion, the ball-material ratio, the ball-milling atmosphere and the like in the process particularly emphasize the cooling period in the ball milling, thereby realizing the synthesis of high-purity Li by a simple mechanical ball milling method 3 AlH 6 A material. The method of the invention has simple operation, only needs to use the conventional ball mill, and is matched with the corresponding ball milling parameters and methodCan realize high-purity Li 3 AlH 6 And (4) preparing the material.)
技术领域
本发明属于材料制备领域，具体涉及一种通过机械球磨制备的Li3AlH6材料及其方法。
背景技术
氢化铝锂(Li3AlH6)，可以用于储存氢气等行业。相比传统能源，氢能具有能量密度大、可再生、环境友好等突出的优点，是一种较理想的绿色能源。近些年来，新型金属配位氢化物以其高的重量和体积储氢密度而成为国内外新的储氢材料研究热点。
其中，Li3AlH6的理论储氢量达到11％，是一种潜力巨大的储氢功能材料。Li3AlH6是LiAlH4加热分解的中间产物，化学性质活泼易分解，并不易合成，很难通过市场购买成品。
因此，亟需提供一种能够简单的合成高纯度的Li3AlH6材料的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种通过机械球磨制备的Li3AlH6材料及其方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
本发明提供了一种通过机械球磨制备Li3AlH6材料的方法，其具体如下：
S1：将LiH和LiAlH4在惰性气氛下混合均匀并研磨粉碎，得到混合样品；
S2：将混合样品放入装有研磨球的球磨罐中，将球磨罐抽真空后并充入惰性气体；
S3：将充入惰性气体的球磨罐装入球磨机中，进行间歇式球磨至少50h，得到Li3AlH6材料。
作为优选，所述S1中，LiH和LiAlH4的混合摩尔比为2:1。
作为优选，所述S1中，惰性气氛为氩气。
作为优选，所述S1中，将LiH和LiAlH4在手套箱中混合，并用研钵研磨10分钟。
作为优选，所述S2中，研磨球为不锈钢材质；研磨球包括直径为10mm的第一研磨球和直径为5mm的第二研磨球，球磨罐中第一研磨球和第二研磨球的数量比为1:3。
作为优选，所述S2中，混合样品与研磨球的质量比为1:25。
作为优选，所述S2中，所述S2中，向球磨罐中充入惰性气体使得球磨罐中具有5个大气压且浓度质量分数为99.999％的氩气。
作为优选，所述S3中，球磨机为行星式球磨机，转速为300rpm。
作为优选，所述S3中，间歇式球磨具体如下：
球磨机每运行24min，停止6min，采用交替运行的方式对混合样品进行球磨。
本发明的另一目的在于提供一种根据上述任一所述方法制备得到的Li3AlH6材料。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本发明通过调节合成Li3AlH6过程中的原料配比、球料比、球磨气氛等参数，尤其探究了影响Li3AlH6材料最终合成效果的间歇式球磨和球磨时间，从而实现了能够通过简单的机械球磨方法合成高纯度的Li3AlH6材料。本方法获得的Li3AlH6颗粒大小为1～3μm，弥散分布的粉末状材料。本发明的方法操作简单，仅需要使用常规的球磨机，配合相应球磨参数和方法，即可实现高纯度、微纳米级的Li3AlH6材料的制备。
附图说明
图1为实施例2中得到的纯LiH样品(a)、纯LiAlH4样品(b)和2LiH-LiAlH4球磨20h后的合成产物(c)的XRD图谱；
图2为实施例2中不同球磨时间的合成产物的XRD图谱；
图3为实施例3中纯LiAlH4样品(a)和2LiH-LiAlH4球磨50h后的合成产物(b)的红外IR图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
实施例1
由于实验中所需的Li3AlH6粉末非常活泼，很难通过市场购买成品，本实施例通过机械球磨的方法制备了Li3AlH6材料，具体如下：
首先将纯LiH和纯LiAlH4按照混合摩尔比为2:1，在具有氩气气氛的手套箱中混合，并用研钵研磨10分钟使LiH和LiAlH4充分粉碎和混合均匀，得到混合样品。
接着将混合样品放入装有研磨球的球磨罐中，混合样品与研磨球的质量比为1:25。将球磨罐抽真空，随后充入高纯氩气，使得球磨罐中具有5个大气压且浓度质量分数为99.999％的氩气。将其拧紧后取出手套箱，固定在球磨机上开始进行球磨。
在本实施中，研磨球为不锈钢材质，为了使研磨更加充分，研磨球采用两种规格，分别为直径10mm的第一研磨球和直径5mm的第二研磨球，将第一研磨球和第二研磨球按照数量比为1:3加入到球磨罐中。
最后将充入惰性气体的球磨罐装入行星式球磨机中，进行间歇式球磨至少50h，得到Li3AlH6材料。间歇式球磨指的是：球磨机每运行24min，停止6min，即一个周期为30min，采用交替运行的周期运作方式对混合样品进行球磨。
在该球磨过程中，球磨机不宜采用太高转速，以免球磨罐升温造成Li3AlH6产物分解。在本实施例中，球磨机的转速采用300rpm，该转速能够保证在使LiH和LiAlH4充分反应得到Li3AlH6的同时，避免得到的Li3AlH6进一步分解。
对比例
本对比例采用与实施例1相同的方法制备Li3AlH6合成材料，但是在将球磨罐装入行星式球磨机后，不采用间歇式球磨而是采用连续球磨至少50h。结果发现，采用连续球磨的过程中会产生高温，而高温会使得合成的Li3AlH6材料高温分解，影响最终产品的纯度。
因此，本发明采用间歇式球磨的运行方式是为了避免球磨过程中产生的高温使合成得到的Li3AlH6高温分解，因此每运行24min后，停止6min以便使得装置进行冷却，避免了Li3AlH6的分解损失。
实施例2
为了进一步探究球磨时间对制备得到的Li3AlH6材料纯度和性质的影响，本实施例在实施例1制备方法的基础上，从球磨20h开始，每球磨10h，取下球磨罐，在手套箱中将粘附在球磨罐壁上的样品刮下，即对球磨时长为20h、30h、40h、50h的样品进行XRD分析，结果如下：
如图1所示，为纯LiH样品、纯LiAlH4样品和2LiH-LiAlH4球磨20h后合成样品(即Li3AlH6)的XRD图谱。从图中可以看出，LiH样品和LiAlH4样品的XRD图谱中只有单一的LiH相和LiAlH4相，证明样品的纯度很高并且没有被氧化且未吸水。2LiH-LiAlH4球磨20h后的合成样品中，大部分衍射峰为LiAlH4的特征峰，少量很弱的峰为LiH的特征峰，在22°、32°、39°附近有一些新生成的相的衍射峰，经标准卡片对照为Li3AlH6的特征峰。
实验结果表明，通过球磨LiH和LiAlH4的方法可以制得Li3AlH6样品，不足之处是20h球磨时间太短，合成反应不完全。
为了得到纯度较高的Li3AlH6样品，继续延长球磨时间，同样每隔10h后取出样品捣样，并取少量样品做XRD分析。不同球磨时间的合成产物的XRD图谱如图2所示。从图中可以看出，球磨30h后合成产物的大部分衍射峰为Li3AlH6的特征峰，其中位于22°、23°附近的双峰被认为是Li3AlH6相特有的峰形，表明合成反应已基本完成。但在26°、45°、66°附近仍有LiH相和LiAlH4相。从纯LiAlH4样品的XRD图谱中可以发现，LiAlH4样品的“三强峰”位于23°、26°和27°附近。球磨40h后的合成产物在27°附近仍有突起衍射峰，且46°附近仍存在LiH相衍射峰，所以合成反应仍未完全。球磨50h后的合成产物中，均为Li3AlH6相的衍射特征峰，LiAlH4样品的“三强峰”消失，可以认为该合成反应已进行完全。在球磨50h的基础上再延长球磨时间，得到合成样品的性质没有任何变化，为了节省成本和时间，选取50h为最佳球磨时间。
实施例3
本实施例中对纯LiAlH4样品(a)和实施例2中2LiH-LiAlH4球磨50h后的合成产物(b)进行红外IR图谱分析，结果如图3所示。
在LiAlH4样品中，Al-H键的伸缩振动位于1757cm－1和1615cm－1，Li-Al-H键的弯曲振动位于900cm－1和830cm－1。在Li3AlH6样品中，Al-H键的伸缩振动位于1386cm－1和1276cm－1，Li-Al-H键的弯曲振动位于1000cm－1、950cm－1和850cm－1。图中纯LiAlH4样品的红外光谱与已有的报道结果相符；且在2LiH-LiAlH4球磨50h后的合成产物中，位于1757cm－1和1615cm－1的Al-H键的伸缩振动消失。本实施例进一步证明了LiAlH4已反应完毕，生成产物全部为Li3AlH6。
本发明的方法操作简单，仅需要使用常规的球磨机，配合相应球磨参数和方法，即可实现高纯度Li3AlH6材料的制备。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
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