[发明专利]一种高容量高分子聚合物储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料、储氢材料及能源领域，具体的是指一种高容量高分子聚合物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。为了人类的可持续发展，寻找一种可再生、具高燃烧值、易于利用又不污染环境的新型燃料已迫在眉睫。氢能具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好等特点，是未来最有发展前景的绿色能源之一，但氢气的安全高效储存问题一直是制约氢能开发和利用的瓶颈。目前利用氢与材料的相互作用发展起来的储氢方法由于其储氢能量密度高、安全性好而备受世人关注。储氢材料与此也已成为国际上高度关注的研究领域之一。高容量储氢材料的发展是解决人类未来能源的关键，对于氢能的规模化利用具有巨大的推动作用。

根据吸附氢气作用力的不同，储氢材料可大体分为两类：化学吸附材料和物理吸附材料。化学吸附是指氢分子解离后的氢原子插入底物的晶格或者形成新化合物。化学吸附材料主要包括金属氢化物材料、氢化物材料、氨硼烷衍生物等。氨硼烷化合物（NH₃BH₃, AB）是近年来受到密切关注的一种新型氢化物储氢材料。它具有超高氢密度（19.6 wt.%），并兼具热稳定性适中和化学稳定性良好等优点，是一种极具应用前景的优良储氢材料。其制备方法主要有下述两种方式：硼烷法和硼氢化钠法。硼烷法是用硼烷作为硼源与液氨反应直接生成产物；如专利CN 102030313 A 以氨硼烷与有机物为原料，在较低的放氢温度下制备一种复合氨硼烷储氢材料，这种材料具有低温的放氢特性。硼氢化钠法一般通过硼氢化钠和胺类化合物反应制得。如专利CN 102180445 A 公开了一种高容量储氢材料硼氢化对/间苯二胺的制备方法，该物质可由对/间苯二胺盐酸盐与硼氢化物以NH₃⁺：BH₄^-摩尔比1:1混合物在惰性气体中研磨或球磨制得。目前，现有氨硼烷衍生物多存在一些制约其车载储氢应用的问题，主要包括：这类储氢材料在温和操作条件下放氢动力学缓慢，而且放氢过程中伴随有害杂质气体的释放。此外其在应用中往往会出现受热不均匀的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高容量高分子聚合物储氢材料及其制备方法，其具有高的储氢容量和低的放氢温度等特性；为固态柔性材料，可形成透明的薄膜，便于使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高容量高分子聚合物储氢材料，其特征在于：它包括作为主链的线形高分子聚合物和由其侧链和/或末端基团经多胺类化合物胺基化后再和硼氢化物反应而接枝于其侧链和/或末端上的氨硼烷衍生物。

按上述方案，所述作为主链的线形高分子聚合物包括但不限于：聚氯乙烯、聚氯乙烯-聚乙烯共聚物、聚乙烯亚胺、丙烯酸酯类共聚物、聚丙烯酸、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯类共聚物、聚硅氧烷等；所述高分子聚合物侧链和/或末端基团胺基化所用的多胺类化合物包括但不限于：1-甲基胍、胍、乙二胺、二乙烯三胺。

按上述方案，所述高容量高分子聚合物储氢材料中作为主链的线形高分子聚合物的分子量为5000-50000；所述高容量高分子聚合物储氢材料中氨硼烷衍生物的含量在25-75wt%。

按上述方案，所述的高容量高分子聚合物储氢材料可经后处理成膜以膜状形式使用。

一种高容量高分子聚合物储氢材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（1）将线形高分子聚合物预进行胺基化的侧链和/或末端基团采用多胺类化合物进行胺基化反应得到含有胺基功能化的聚合物；

（2）将步骤（1）得到的胺基化聚合物和硼氢化物按化学计量比在有机溶剂悬浮液中在5-50℃下搅拌1-12h后过滤收集下层有机相，减压蒸馏除去溶剂，洗涤得到本发明所述的高容量高分子聚合物储氢材料。

按上述方案，所述作为主链的线形高分子聚合物包括但不限于：聚氯乙烯、聚氯乙烯-聚乙烯共聚物、聚乙烯亚胺、丙烯酸酯类共聚物、聚丙烯酸、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯类共聚物、聚硅氧烷等；

所述高分子聚合物侧链和/或末端基团胺基化所用的多胺类化合物包括但不限于：1-甲基胍、胍、乙二胺、二乙烯三胺等。

按上述方案，所述的有机溶剂包括但不限于四氢呋喃、乙腈、二甲基亚砜等；所述的硼氢化物选自硼氢化钠、硼氢化锂或硼氢化钾。