[发明专利]一种高容量储氢材料Zn(BH4)2·2NH3及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氢气存储技术领域，具体涉及一种高容量储氢材料及其制备方法。

背景技术

工业革命开启了人类走向现代化的进程。一个多世纪以来，人类社会快速发展，能源 一直是强大的推动力。当前人们依靠的主要能源是化石燃料：煤、石油和天然气。这些燃 料的形成开始于千百万年前，数量有限，在长期的开采之后已经日渐枯竭。氢气是一种无 污染(燃烧产物为水)的高燃烧值(1.4×10⁸J/Kg)的可再生能源物质，有望替代现有能源构建 氢能源体系。但由于氢气的密度与冷凝温度(-252℃1bar)都很低，所以使用高压气态罐和 低温液态罐这样的传统储存方式存在困难。目前，发展安全、便利的固态储氢方式成为了 研究热点^[1]。

轻质金属的硼氢化合物由于储氢量大(LiBH₄为18.4wt％，Ca(BH₄)₂为11.4wt.％等)，近 些年来成为储氢材料的研究热点。但是目前较高的放氢温度以及较慢的放氢动力制约了其 大规模应用^[2]。近来，Zn(BH₄)₂以其高氢含量，(8.4wt.％)低放氢温度(100℃)渐渐为许多 科研人员所重视^[3-6]。但是，Zn(BH₄)₂放氢气的同时，帮随着大量的硼氢类气体释放，严重 影响了氢气的纯度以及释放量。很多科研工作者通过加入各种催化剂对其吸放氢性能进行 了改进，如Mg+Nb₂O₅，MgH₂+Nb₂O₅，TiCl₃，TiF₃，nano-Ni，nano-Fe，nano-Ti，and Zn都被用 来尝试改进Zn(BH₄)₂的放氢纯度，但目前还没有一种催化剂能够完全的抑制硼氢类气体的 释放，而且由于催化剂的加入所导致的储氢量的大幅度下降不利于储氢材料的实际应用^[3，7-8]。氨气中本身的氢含量可达9.1wt.％，通过加入催化剂，氨气可在347℃之前就转化为氢 气和氮气^[9，10]，所以氨气可被看作一种很有前途的氢气载体^[11]。目前许多关于金属氯化物 吸氨的报道认为金属氯化物的氨络合物是一种可逆的，含氢量高的间接储氢材料(Indirect hydrogen storage material)^[12]。但文章中并没有给出直接将氯化物的氨络合物转化为氢气的 方法，仅提出通过加热该络合物释放氨气，再进一步将氨气分解的想法。但是氨气催化分 解也存在难以解决的问题，如温度较高以及催化剂中毒等，限制了其大规模的车上应用^[11]。 我们开创性的利用引入NH₃，对Zn(BH₄)₂进行了化学修饰，第一次将NH₃配位到Zn(BH₄)₂形成了Zn(BH₄)₂(NH₃)₂。该物质在120℃释放8.9wt.％的高纯氢气。

参考文献：

[1]Takimoto，M.；Hou，Z.Nature 2006，443，400-401

[2]Zuttel，A.；Wenger，P.；Rentsch，S.；Sudan，P.；Mauron，Ph.；Emmenegger，Ch.J.Power Sources 2003，118，1-7.

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[4]P.Choudhury，V.R.Bhethanabotla，and E.Stefanakos，Phys.Rev.B，2008，77，134302(1-9)