含铌金属硼氢化物氨合物作为高性能储氢材料的研究.docVIP

 含铌金属硼氢化物氨合物作为高性能储氢 材料的研究# ** 5 10 15 20 25 30 35  摘要：储氢是氢能利用的关键环节之一。目前该领域亟待解决的问题是开发一种安全高效的 固体储氢材料，并且可以在适宜的温度条件下放出高纯度的氢气。本论文报道一种新型高 效的复合储氢体系 NbCl5· 5NH3+5MBH4(M=Li 和 Na)。首先，NbCl5 被用做 NH3 载体， 然后，将 NbCl5· 5NH3 和 MBH4 球磨,通过固相交换反应生成氨合金属硼氢化物。放氢结 果显示，这种含铌硼氢化物氨合物从 50开始分解，在 250之前放出 11.2wt%的纯氢。 关键词：储氢；氨合金属硼氢化物；固相交换反应 中图分类号：请查阅《中国图书馆分类法》 Ammine Nb-contained borohydrides as advanced hydrogen-storage material Yuan Feng, Yu Xuebin (Department of Materials Science, Fudan University, Shanghai, 200433) Abstract: In this paper, a new complex material system, NbCl5· 5NH3+5MBH4(M=Li 和 Na), is reported. Firstly, NbCl5 worked as NH3 carrier; after that, through the metathesis reaction between NbCl5·5NH3 and 5MBH4, ammine Nb-contained borohydride was synthesized. Dehydrogenation results revealed that ammine Nb-contained borohydride is able to release 11.2wt% pure hydrogen before 250 ℃. Key words: hydrogen storage; ammine metal borohydrides; metathesis reaction 0 引言 随着化石燃料的日趋匮乏以及环境污染的加剧，氢气正成为最具潜力的替代能源。[1,2] 然而，为了实现氢气的应用，仍然需要研制或者寻找出一种可靠的，高效的，安全的和廉价 的储氢材料。[3]储氢材料的实际应用需其能在合适的温能度释放出大量的氢气。在所有现有 的固态储氢材料中，金属硼氢化物，由于具有高的体积和质量含氢量，被认为是最具希望的 储氢材料候选者。[4-7] 相比于碱金属和碱土金属硼氢化物，过渡金属硼氢化物因为具有低生 成焓和低稳定性，越来越受到关注。[8-10]但是，除了 Y 和 Sc 之外，这一类金属硼氢化物在 常温条件下具有高挥发性，不稳定和可升华(比如：Zr，Ti，Mn，Fe，V 和 Nb 等等)等问题， 这明显妨碍了这类化合物的制备，以及化学和物理性质的研究，进一步阻碍了他们作为固体 储氢材料的应用。 必威体育精装版研究结果显示，通过向 Al(BH4)3 配位 NH3 来生成 Al(BH4)3·6NH3，使得本来在室温 条件下为可升华的液体稳定为稳定的固体。[11]与此同时，基于其 BH 和 NH 基团的结合， Al(BH4)3·6NH3 所表现出来的优良的储氢性能为研究者提供了一个具有前景的制备固体储氢 -1-  材料的途径。[12,13]最近，本课题组开发了一种新型的合成氨合金属硼氢化物的简单方法，即 通过球磨一定比例的氨络合金属卤化物和常见金属硼氢化物来直接制备得到氨合金属硼氢 40 45 化物，如：Y(BH4)3·4NH3[14], Zn(BH4)2·2NH3[15], Ti(BH4)3·3NH3 和 Li2Ti(BH4)5·5NH3[16]。本 文通过球磨 NbCl5· 5NH3 和 MBH4 合成了相应的氨合金属硼氢化物，并报道了其储氢特性。 1 实验部分 1.1 合成 无水起始反应物（LiBH4, NaBH4, NbCl5）购买于 Sigma-Aldrich，不加处理直接应用。 NH3（Air Products）使用之前先经过了碱石灰的干燥。所有的操作都是在手套箱中进行的。 手套箱中的水和氧气含量低于 1ppm。 NbCl5 + 5NH3 → NbCl5·5NH3 NbCl5·5NH3 + 5MBH4(M=Li, Na) → Nb(BH4)5·5NH3 (1) (2) 根据反应（1），通过将 NbCl5 放在 NH3 气氛下吸收 NH3，首先得到 NbCl5·5NH3。根据 50 55 60 65 反