[发明专利]一种硼烷氨复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源氢能的储存运输技术领域，特别涉及一种硼烷氨复合储氢材料及其制备方法。

背景技术

能源是推动人类社会发展和进步的重要物质基础和原动力。随着全球传统能源的不断枯竭，高效环保的新能源开发迫在眉睫，氢气以制备简单，燃烧产物无污染等优势，被认为是一种良好的替代能源。但是氢气应用于工业和运输尚存在一些技术瓶颈，即如何安全、高效、经济的运输。

传统的储氢方式有高压储氢和液化储氢两种。高压储氢是在高压下将氢气储存到特制的钢瓶中，通常普通钢瓶可承受的压力为200～300bar，特制的碳纤维材料钢瓶能承受的压力为450～600bar，这种方式需要高强度的容器，成本高、安全性差；液化储氢，是将氢气液化后储存在特制的储罐内，这种方式虽然减小了储罐的体积，但氢气的临界温度抵达-241℃，液化也需要消耗大量的能源，同时也需要特制的保温容器，成本很高，只适用于某些特定的场合，如宇航的运载火箭。鉴于传统储氢方式的各种不足，固态储氢逐渐吸引了更多的关注，大量的研究被报道，主要有两种途径：（1）物理吸附：依靠氢气与材料之间的物理吸附作用，将氢气固定在材料的孔道或表面，从而达到储存的目的，这就要求材料具有高比表面积，低密度的特点。（2）化学储氢：在氢与储氢材料之间形成化学键，将其固定，再通过适当的条件释放出来，变成可用的能源。相对于物理储氢，化学储氢材料与氢之间形成的化学键远远强于物理吸附作用的作用力，将氢释放出来需要一般较高的温度，因此，作为化学储氢，更重要的环节不是吸而是放，如何在温和安全的条件下快速的将氢释放并转化成可用的能源是化学储氢的技术关键。目前主要的化学储氢材料有金属氢化物、金属合金以及含氢化合物等，与其他化学储氢材料相比，含氢化合物储氢的研究起步较晚，属于新兴领域，其中氨硼烷是近年来较为受到关注的新型储氢材料。

硼烷氨（NH₃BH₃，Ammonia Borane,简称AB）是一种无色的固体材料，其脱氢易于BH₃和NH₃，并且NH₃BH₃分子量低（30.7g·mol^-1），含氢量高（19.7wt%），同时，它还具有室温下稳定、分解温度适中等特点，因此硼烷氨的脱氢作用逐渐被认为是理想的储氢方案。

硼烷氨分解放氢的方式主要有两种，一是水解或醇解，二是受热分解。显而易见，如果将硼烷氨作为车载能量，那么前者会给体系带来巨大的体积和重量，不适于应用，因此后者是更适于应用的放氢方式。

硼烷氨受热分解反应分三步进行，第一步发生在硼烷氨的熔点附近（112-114℃），第二步反应发生在150℃左右，如果将NH₃BH₃分子中的全部氢气都释放出来，发生第三部分解反应，温度至少要在500℃以上。因此作为储氢材料，硼烷氨最受关注的是前两步分解，理论放氢量约为13wt%，已远远超过了美国能源部对储氢材料2015年的目标（9wt%）。但硼烷氨的实际应用还面临着一些难题有待解决：1）将硼烷氨的放氢温度降低到美国能源部规定的操作温度85℃以下；2）提高硼烷氨的放氢速率；3）避免挥发性副产物的生成如环硼氮烷，氨气，乙硼烷等。近来，各种方法相继被尝试在较低的温度下提高硼烷氨的放氢速率。例如，纳米控制、金属催化、离子液体、金属（Li，Ca等）或者甲基取代、Ir或者Ru的化合物催化以及超高压处理等等。虽然也使得硼烷氨的放氢性能有所改进，但真正实现应用还有待完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的硼烷氨复合储氢材料及其制备方法，优化硼烷氨的热分解放氢性能，使其更具有实际应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种硼烷氨复合储氢材料，通过采用浸渍法将硼烷氨负载到多孔配位聚合物中获得。

所述的硼烷氨复合储氢材料的制备方法如下：先制备多孔配位聚合物，然后惰性条件下制备硼烷氨溶解于甲醇或四氢呋喃的溶液A，将多孔配位聚合物浸渍于溶液A中，多孔配位聚合物浓度为0.01-0.05g/mL，20-30℃抽真空24-48小时，除去溶剂至干燥得到硼烷氨复合储氢材料。

溶液A中硼烷氨的浓度为0.005-0.02g/mL。

真空度为0.1-1Pa。