[发明专利]金属氨硼烷化合物储氢材料及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及储氢材料与技术，具体为一种新型金属氨硼烷化合物储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢被公认为是最理想的清洁能源载体，具有重量储能密度高、来源广泛、可循环利用和能量利用过程中无环境负面效应等显著优点。当前，推进氢能应用已成为众多发达国家能源战略的突出重点。氢能的规模化商业应用涉及制氢、储/运氢、用氢等技术环节，其中氢储/运环节因需同时满足储氢密度、操作条件和安全性等方面的综合性能指标而被公认为最具挑战性的“瓶颈”环节，这一点在氢燃料电池汽车这一标志性的氢能应用领域显得尤为突出。在各种潜在的储氢方式中，材料基固态储氢在操作安全性、储氢体积密度等方面显著优于高压氢容器和低温液氢，因而长期以来一直被视为最具发展前景的储氢方式。已知储氢材料体系中，金属/合金氢化物及纳米结构碳材料动力学性能优异，且工作温度低，但在储氢容量(重量比小于2％)方面无法满足车载储氢应用需求；配位金属氢化物虽具有高储氢容量，但其可逆吸/放氢温度过高(高于300℃)。鉴于上述研究现状，开发新型高容量储氢材料已成为当前储氢研究领域的突出重点，氨硼烷化合物便是其中的典型代表。

氨硼烷(NH₃BH₃)的储氢容量高达19.6wt％、热稳定性适宜、且在空气条件下具有良好的稳定性，是一种极具应用前景的优良储氢介质。目前，制约氨硼烷化合物车载储氢应用的问题主要包括：材料在温和操作温度(小于100℃)下放氢动力学缓慢，且在放氢过程中伴随有害杂质气体释放。针对上述问题，目前所采用的技术方法主要有：溶解催化放氢、催化水解制氢及固相结构调制等。前者主要指在NH₃BH₃的有机溶液中引入金属或酸催化剂加速脱氢耦合反应。采用这类方法虽可显著提高NH₃BH₃的室温放氢速率，但挥发性有机溶剂的采用制约了其实际应用；催化氨硼烷水解制氢具有良好的反应可控性，但由于氨硼烷在水中溶解度有限，体系实际储氢密度远低于实用要求；采用纳米装填方法将氨硼烷装填入纳米多孔材料中可产生“纳米局域效应”，在显著降低氨硼烷的放氢温度、提高放氢速率的同时，可有效抑制杂质气体释放；但即使达到理论装填密度，因应用纳米多孔材料所造成的体系实际容量损失仍超过50％。上述分析表明：现有方法及材料体系均无法满足车载储氢应用需求。推进氨硼烷化合物储氢应用的技术关键在于探索新型材料体系构建与改性技术，以在保持体系高储氢容量的同时，改善放氢动力学性能并有效抑制杂质气体生成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型金属氨硼烷化合物储氢材料及其制备方法。以氨硼烷和金属或金属氢化物为起始原料，采用简便、高效的球磨方法制备新型金属氨硼烷化合物储氢材料，材料兼具高储氢容量、低放氢温度、无杂质气体污染物的显著优点，具备车载储氢应用前景。

本发明的技术方案是：

本发明的新型金属氨硼烷化合物储氢材料包含元素为：金属(M)、氮(N)、硼(B)、氢(H)，其分子式为M_xNH_3-nxBH₃(0＜x≤1，1≤n≤3)。

本发明的新型金属氨硼烷化合物储氢材料以氨硼烷NH₃BH₃和金属M或金属氢化物NH_y(1≤y≤3)为原料制得。金属M包括：碱金属(Li、Na、K)、碱土金属(Mg、Ca、Sr)、Al、过渡金属(Sc、Ti、Fe、V、Cr、Co、Ni、V、Zr、Mn、Nb、Zn)中之一种或数种的组合；金属氢化物NH_y包括：碱金属氢化物(LiH、NaH、KH)、碱土金属氢化物(MgH₂、CaH₂、SrH₂)、AlH₃、过渡金属氢化物(ScH₂、TiH₂、VH₂、ZrH₂、NbH₂)中之一种或数种的组合。

本发明中，氨硼烷NH₃BH₃与金属M或金属氢化物MH_y的摩尔比为：(1～50)∶1；按摩尔比计，NH₃BH₃∶M(或NH_y)较好为1∶1～5∶1。