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自然杂志
第 33 卷第 1 期专题综述
do i: 10. 3969/ j. issn 0253
9608. 2011. 01. 005
设计新型高容量储氢材料*
吴国涛
陈维东
熊智涛!
副研究员, 硕士研究生, ! 研究员, 大连化学物理研究所, 大连 116023
* 国家高技术研究发展计划( 2009A A05Z 108) ; 国家重点基础研究发展计划( 2010CB631304)
关键词
储氢材料
反应机理
金属- 氮- 氢
氨硼烷
作者总结了近年来金属胺基化合物- 氢化物体系、氨硼烷及其衍生物储氢材料的研究进展。分别重点介绍了这
些材料体系的储氢性能、反应机理及反应热力学和动力学性质, 并在此基础上强调了储氢材料的设计理念, 即改变材
料化学组成调变其热力学性能, 催化修饰以提升材料脱氢动力学性能。
300 ∋以上, 且吸氢所需的温度和压力条件极为苛刻, 达
到 600 ∋和 35 M Pa[ 4] 。金属胺基化合物( amide) - 氢
1 引
言化物( hydride) 储氢体系。2002 年陈萍等[ 5] 在 Nature 杂
建立洁净的、可再生的能源体系关系着国民经济的志上报道氢气在氮化锂( Li3 N) 上的吸脱附研究成果,
可持续发展, 是国家战略安全保障的基础之一。综合我 Li3 N 吸氢总量超过 10 wt% 。该项研究首次将氮引入储
国能源资源总量、环境安全保障需求以及国家经济持久氢体系, 其所揭示的金属胺基化合物与氢化物间作用机
发展这几点考虑, 氢能是理想的清洁能源之一, 也是未制为后续设计新型储氢材料开辟了全新思路。! 化学储
来能源体系的重要组成部分。在我国∀ 863#, ∀ 973#计划氢材料, 代表性的有氨硼烷及其衍生物以及 NaBH 4 水解
和∃国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2006 % 2020 等。此类化合物虽含氢量高, 但脱氢过程通常为不可逆。
年) &中均设立了与氢能相关的研究项目, 为未来发展氢氨硼烷( NH 3 BH 3 ) 在常温常压下以固体形式稳定存在, 且
能提供技术支持。具有极高的储氢密度( 19. 6 wt% ) 。固相氨硼烷脱氢动力
氢能领域的核心技术主要包括氢气的大规模制备、学阻力较高, 需加热至 110 ∋左右才热解脱氢, 至 200 ∋
存储、运输及转化利用。其中现有的储氢技术包括: 高压时可释放出 13 wt% 氢气。脱氢过程中会产生高挥发性
[ 6]
气态储存%% % 氢气被压缩、储存至碳纤维包裹的铝制气副产物- ( NHBH) 3 , 从而导致质子交换膜燃料电池中
瓶中, 气体压力可高达 700 大气压; 低温液态储存% % % 将毒。目前针对氨硼烷热解脱氢中存在的问题, 主要通过
氢气冷却至- 253 ∋, 以液态形式贮存在绝热容器中; 金化学改性和催化修饰手段, 力图实现该材料在温和条件
属氢化物储存% %% 氢气与金属或合金作用生成金属氢化下快速放氢。(具有高比表面的多孔材料, 主要包括碳
[7] [ 8]
物从而以化合物形式储存。然而由于存在贮氢能量密度基材料, 金属有机框架材料等。该类材料通常需在
低、高成本以及低安全性等问题, 上述三种技术难以完全液氮温度下操作,