[發(fā)明專利]一類金屬離子改性的含氮有機(jī)化合物儲(chǔ)氫材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210559204.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN103879956A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳萍;陳君兒;熊智濤;吳國(guó)濤;何騰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): C01B3/02
• 分類號(hào): C01B3/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)氫材料，屬于材料技術(shù)制備領(lǐng)域，具體涉及一類金屬離子改性的含氮有機(jī)化合物儲(chǔ)氫材料及其制備方法。

背景技術(shù)

能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，目前其主體主要是不可再生的化石資源，包括煤、石油、天然氣等。但是，使用化石資源給全人類帶來(lái)嚴(yán)重能源緊缺和環(huán)境污染等問(wèn)題。[江澤民.對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的思考.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2008,42:345-359.]氫由于資源豐富、燃燒效率高、無(wú)污染等，被認(rèn)為是理想的替代化石資源的二次能源，現(xiàn)已成為全球研究的重點(diǎn)方向。[Schlapbach?L,Zuttel?A.Hydrogen-storage?materials?for?mobile?applications.Nature,2001,414:353-358.]然而，氫是所有元素中最輕的，在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為0.0899kg/m³，是水的萬(wàn)分之一，因此高密度儲(chǔ)存一直是一個(gè)世界級(jí)難題。目前，安全、高效、經(jīng)濟(jì)的氫氣儲(chǔ)存技術(shù)已成為氫能實(shí)現(xiàn)實(shí)用化規(guī)模化應(yīng)用的瓶頸之一。

氫可以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)三種形式存在。根據(jù)這一特性，人們開發(fā)了高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、低溫液化儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫三種儲(chǔ)氫技術(shù)[EBERL?E?U,FELDER?HOFF?M,SCHUTH?F.Chemical?and?physical?solutions?for?hydrogenstorage.Angew?Chem?Int?Ed,2009,48:6608-6630.]。美國(guó)能源部(DOE)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池車(PEMFC)用氫源系統(tǒng)的儲(chǔ)氫密度提出的要求為：質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度約5.5%，體積密度約40g/L；工作溫度-40~85攝氏度；工作壓力0.5/1.2MPa；放氫速度0.02g·s^-1·Kw^-1。目前完全符合要求的儲(chǔ)氫技術(shù)幾乎沒(méi)有，因此研究和發(fā)展新型的具有大容量的儲(chǔ)氫材料十分必要。

目前廣泛研究的儲(chǔ)氫材料主要有儲(chǔ)氫合金、有機(jī)液體儲(chǔ)氫、金屬配位化合物儲(chǔ)氫和氨硼烷基儲(chǔ)氫材料等。

儲(chǔ)氫合金主要包括稀土系儲(chǔ)氫合金、鎂系儲(chǔ)氫合金、過(guò)渡金屬儲(chǔ)氫合金等。各類儲(chǔ)氫合金中，AB₅（以LaNi₅為代表）和AB₂（以TiMn₂為代表）的研發(fā)已經(jīng)成熟，但其儲(chǔ)氫量小于2%（重量百分比）限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。鎂基合金具有較大的儲(chǔ)氫容量（MgH₂的儲(chǔ)氫容量達(dá)到7.6%），但其苛刻的吸放氫條件（溫度在300攝氏度以上）同樣難以滿足燃料電池的應(yīng)用要求。

以不飽和液體有機(jī)化合物作為氫存儲(chǔ)和運(yùn)輸載體的構(gòu)想由Sultan?O和Shaw?H[Sultan.O,Shaw.H.NASA?STI/ReconTechnical?Report?N1975,76,33642.]于1975年首次提出，Taube?M和Taube?P論證了甲基環(huán)己烷(MCH)作貯氫載體為汽車提供燃料的可能性[Taube?M,Rippin?D,Knecht?W，et?al.Aprototype?truck?powered?by?hydrogen?from?organic?liquid?hydrides.International?Journal?of?Hydrogen?Energy，1985,10(9):595-599.]。研究表明，較好的有機(jī)液體儲(chǔ)氫材料是苯和甲苯，苯的理論儲(chǔ)氫質(zhì)量密度為7.19%，甲苯為6.18%，其性質(zhì)與汽油類似，易于運(yùn)輸，可多次循環(huán)使用。目前，該儲(chǔ)氫方法存在的主要問(wèn)題有兩個(gè)：(1)脫氫轉(zhuǎn)化率在車載條件下難以實(shí)現(xiàn)100%；(2)加/脫氫溫度較高(超過(guò)200攝氏度)。

堿金屬或堿土如(Li，Mg，Na等)與硼，鋁，氮等形成的金屬配位氫化物如(NaAlH₄，LiBH₄等)，具有較高的儲(chǔ)氫容量，并因其潛在可逆儲(chǔ)氫的可能性受到人們的關(guān)注，硼氫化鋰(LiBH₄)是代表性的配位金屬硼氫化物,其重量氫密度高達(dá)18.4%。近年來(lái)，各國(guó)學(xué)者圍繞改善LiBH₄材料的綜合儲(chǔ)/放氫性能開展了大量實(shí)驗(yàn)/理論研究工作,已在體系成分/反應(yīng)路徑調(diào)整、納米結(jié)構(gòu)調(diào)控、陰/陽(yáng)離子替代及催化體系構(gòu)建等方面取得了多項(xiàng)積極進(jìn)展。但金屬配位氫化物儲(chǔ)氫材料的脫氫溫度通常較高，且可逆加氫的條件苛刻。