《氨基硼烷複合氫化物的設計合成及其儲氫性能研究》是依託復旦大學，由余學斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氨基硼烷複合氫化物的設計合成及其儲氫性能研究
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：余學斌
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
合成新型高容量的氨基硼烷複合氫化物是當前儲氫材料領域研究的熱點。本課體在前期工作的基礎上，針對該體系目前存在的主要科學問題，首次提出利用多組分固液反應合成具有納米催化劑負載的高純低成本氨基硼烷複合氫化物，其目的是使得該體系的儲氫性能得到明顯改善。並通過重點研究不同元素替代和催化劑的添加對氨基硼烷複合氫化物體系的微觀結構和儲氫性能的影響，力圖闡明：（1）氨基硼烷複合氫化物中微觀結構的變化規律與其儲氫性能的構效關係；（2）不同催化劑對氨基硼烷複合氫化物儲氫性能的影響規律及催化機理；（3）影響氨基硼烷複合氫化物中氫ooo氫鍵（NHoooHB）變化的主要因素以及氫ooo氫鍵的強弱與其分解特性之間的內在關聯。在此基礎上，進一步通過最佳化元素替代和催化作用，合成更加有效的氨基硼烷複合氫化物新體系，為該類氫化物儲氫性能的研究提供一定的理論依據，並為後續的套用研究奠定基礎。
結題摘要
以氨硼烷為代表的硼氮基儲氫材料，因其具有高的理論氫含量，低的熱分解溫度以及快速的放氫動力學性質，是當前儲氫領域的研究熱點。但硼氮基儲氫材料的放氫過程為放熱反應，產物難以可逆加氫還原，而且在放氫反應中通常伴隨大量有毒副產物氣體的釋放，嚴重製約了這類材料在儲氫領域的實際套用。本項目針對該體系當前存在的這些科學問題，通過多元複合、離子摻雜、納米尺寸約束等方法，對幾種典型的硼氮基儲氫材料的合成、結構、儲氫性能及機理進行了系統深入的研究，主要研究結果如下： (1) 氨硼烷(NH3BH3，AB)的高效循環儲氫體系的建立：利用氧化石墨烯的催化位點和納米尺寸約束效應，顯著改善了AB的放氫性能，使其在90 oC放出13 wt%的氫氣並完全抑制了副產物氣體的釋放。同時有效控制了AB放氫過程的分解路徑，得到有利於肼再生方法的單一產物，從而成功建立了AB直接放氫產物的再生循環。在此基礎上，結合第一性原理計算，選擇具有更好催化活性和納米尺寸約束效應的介孔氮化碳與AB作用，進一步增加了AB在整個體系中的容量以及與還原劑肼的接觸面積，實現了該體系在75 oC放出16 wt%的氫氣（該指標為AB複合體系中目前報導的最優性能），並且顯著提高了AB的再生效率。 (2) 氨合金屬硼氫化物(M(BH4)x•nNH3，MBAs)的改進合成、晶體結構解析及放氫性能可控調節：為解決傳統方法合成MBAs的局限性，率先採用固相離子交換合成法，將ScCl3•nNH3 (n = 3，4，5)與LiBH4以不同配比反應合成了一系列新型的複合金屬離子MBAs，同時通過控制材料中BH4和NH3基團的比例實現了對其放氫性能的有效調節。系統研究了不同金屬陽離子的複合對Ca基和Al基MBAs放氫性能的影響，通過採用同位素示蹤法結契約步輻射X射線吸收光譜揭示了金屬陽離子的極化力越大對MBAs放氫性能改善效果越明顯的規律。其中0.5Mg(BH4)2/AlLi2(BH4)5•6NH3可在120 oC下、30分鐘內放出10 wt%以上的純氫氣，該性能超越了大多數已報導的固態儲氫體系。此外，利用同步輻射X射線衍射技術，成功解析了LiSc(BH4)4•4NH3、Ca(BH4)2•NH3和Al(BH4)3•6NH3三種新型MBAs的晶體結構，並結合第一性原理計算，將三種材料晶體中的輕質原子精確定位，從而豐富了硼氮化學及這類材料的晶體學數據。
