[發明專利]一種高效自催化釋氫體系及其使用方法

有效

• 申請號: 201410789085.6
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104477842A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 母瀛;籍向東
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明屬于新材料及能源開發技術領域，具體涉及一種高效釋氫體系及其使用方法，特別涉及以三聚氰胺和硼烷四氫呋喃加合物為反應原料，經自催化脫氫偶聯反應高效釋放氫氣的方法。

背景技術

眾所周知，能源問題是我國和當今世界共同面臨的一大問題。隨著環境污染的日趨嚴重以及化石能源的逐漸枯竭，能源問題已經嚴重阻礙我們社會的經濟發展和人民生活水平的提高。開發新能源是當今世界各個國家所迫切需求的。氫氣作為一種無污染、能量高、可再生的綠色能源，被人們公認為是未來理想的替代能源之一，并且已經成為能源開發方面的一個研究熱點。

近些年來氨-硼烷體系的儲氫材料以其儲氫量大以及相對溫和的釋氫反應條件備受廣大研究者的關注。其中，最簡單的氨-硼烷(NH₃+BH₃)具有最高的釋氫量(質量分數為19.6wt.％)，其釋氫是基于-NH和-BH在催化劑作用下發生脫氫偶聯反應而進行的。然而氨-硼烷體系的釋氫反應需要在較高溫度及催化劑作用下才能實現(Anne，Staubitz.；Alasdair，P.M.Robertson.；Ian，Manners.Chem.Rev.2010，110,4079-4124.)，所用催化劑通常為貴金屬化合物(Brian，L.Conley.；Denver，Guess.；Travis，J.Williams.J.Am.Chem.Soc.2011，133,14212-14215.)。并且氨-硼烷體系在釋氫過程中會伴隨有硼吖嗪副產物的生成和氨氣的釋放，不僅污染環境，還對人體有很大的傷害。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種以三聚氰胺和硼烷四氫呋喃加合物為反應原料的高效釋氫體系及其使用方法，該體系無需任何催化劑，無副產物生成，反應溫度溫和，方便使用。

具體的技術方案如下：

一種高效自催化釋氫體系，其特征在于，由固體組分和液體組分按摩爾比1：1～1：6構成，所述的固體組分是三聚氰胺，所述的液體組分為硼烷四氫呋喃加合物或硼烷四氫呋喃加合物的有機溶液。

所述的硼烷四氫呋喃加合物的有機溶液濃度優選0.1mol/L～1.5mol/L，所用的溶劑優選甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氧六環、烷烴類溶劑或醚類溶劑。

一種高效自催化釋氫體系的使用方法，其特征在于，在0℃至70℃條件下，將固體組分與液體組分混合，即可實現氫氣的自發、連續、可控釋放。

在釋氫體系停止釋氫后，還可以將反應所得固體產物繼續加熱至90℃以上，可繼續釋氫，可以加熱到氫氣完全釋放為止。

本發明提出的新型氨-硼烷自催化脫氫偶聯體系，以三聚氰胺和硼烷四氫呋喃加合物在0℃至70℃下均勻混合釋放氫氣。在反應過程中，三聚氰胺結構中的三嗪環上N原子與硼烷配位，使BH₃和-NH₂接近而發生脫氫偶聯反應，從而實現自催化高效釋放氫氣。

本發明的反應溫度以0℃至70℃為宜。當溫度低于0℃時釋氫速度過于緩慢，高于70℃時釋氫速度太快且溶劑開始揮發。

本發明在實驗中發現：將1mol三聚氰胺和3mol硼烷四氫呋喃加合物在0℃至70℃下混合反應，釋放3mol氫氣后所得產物MB₃加熱至90℃以上可繼續釋放氫氣，從90℃至170℃可持續釋放3mol氫氣，在反應過程中，MB₃結構中B原子上的一個氫原子與該結構中N原子上的氫發生脫氫偶聯反應，實現釋氫，釋放氫氣時間取決于加熱速度。實驗還發現：將1mol三聚氰胺和6mol硼烷四氫呋喃加合物在0℃至70℃下混合反應，釋放6mol氫氣后所得產物MB₆加熱至125℃以上也會繼續釋氫，從125℃至200℃可持續釋放3mol氫氣，反應過程中，MB₆結構中B原子上的一個氫原子與該結構中其他B原子上的氫發生脫氫偶聯反應，實現釋氫，釋放氫氣時間取決于加熱速度。釋氫總量的質量分數達到8.6wt.％。

本發明的方法有以下有益效果：

1、首次使用三聚氰胺/硼烷體系，三聚氰胺作為氫源材料，廉價易得。

2、無需加入任何催化劑即可自發釋氫，首次開發出自催化釋氫體系。

3、在室溫或較低溫度下即可連續釋放氫氣，釋氫速度可通過改變溫度調節。

4、反應過程中無有害副產物生成；

5、體系的釋氫量較高，工藝簡單，便于操作。

附圖說明