[发明专利]一种热催化有机液体储氢材料的脱氢反应体系及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种热催化有机液体储氢材料的脱氢反应体系及其制备方法和用途；所述脱氢反应体系可以解决现有热催化有机液体储氢材料存在的脱氢温度过高、反应过程中底物小分子处于气态、催化剂制备复杂等问题；所述脱氢反应体系可以实现在95‑110℃催化有机液体储氢材料高效脱氢，远低于其他热催化脱氢反应体系的反应温度；选取的有机液体储氢材料乙二醇和乙二胺的沸点均高于110℃，在脱氢反应过程中仍处于液体状态，避免使其处于气态状态，增加了反应的安全性；此外，脱氢反应体系中的金属盐、有机碱和有机膦配体简单易得，且体系中没有使用贵金属，成本低。

技术领域

本发明属于能源科学领域和催化科学领域。更具体的，涉及一种热催化有机液体储氢材料的脱氢反应体系及其制备方法和用途。

背景技术

氢气热值高，环境友好，资源丰富，是一种极具吸引力的化石燃料替代能源。一个完整的氢能利用过程包括氢气的制取、储运、利用三个环节，目前氢能尚未规模化应用，主要问题在于还没有找到安全、经济的氢气储运技术。

传统的储氢方式普遍采用物理储氢法，低温液态储氢和高压气态储氢是两种常用的物理储氢法，其优点是简单易行，但缺点也很明显，例如蒸发损失以及液化成本很高，液氢不适合长期保存，氢气泄露等安全问题。为了克服这两种物理储氢方法的不足，有些研究组利用一些具有高比表面积的多孔材料(如纳米管、活性炭、金属有机骨架MOFs等)对氢气的吸附-解吸附特性，实现了氢气的储存和释放，但是这种方法储氢能力有限，质量储氢密度普遍小于1％。相比于传统的物理储氢法，化学储氢法则更加高效安全，因而得到了越来越多的关注。其中基于金属氢化物的化学储氢法可以达到很高的质量/体积储氢密度，但这类材料最大的问题是再生性能差，成本高，并不适用于大规模应用。因此开发更为经济高效的化学储氢技术是化学储氢的发展方向。

有机液体储氢是近些年来发展起来的新一代化学储氢技术，其原理是利用有机液体作为有机氢载体(LOHCs)，在催化剂作用下进行可逆的加-脱氢化学反应，实现氢气的存储和释放。有机液体储氢具有高的质量/体积储氢密度、危险性低、可循环使用、便于存储和运输等突出的优点，引起了很多国家的关注，是最有可能大规模商业化应用的储氢技术。

热催化有机液体储氢最早始于对不饱和芳烃及对应的环烷烃体系的研究，利用不饱和液态芳烃和对应环烷烃之间的加-脱氢反应实现氢气的存储和释放。以十氢化萘/萘为例，脱氢焓高达63.9kJ/mol H₂。这就使得十氢化萘完全脱氢转换为萘需要很高的温度(340℃)。

后来研究表明，环烷烃的环上引入N、B等杂原子将会显著降低脱氢过程的能量输入。以N-乙基咔唑/十二氢-N-乙基咔唑为例，脱氢反应焓降低到50kJ/mol H₂，脱氢反应温度降低到140℃左右。近些年来人们发现酰胺类化合物也是一种性能优良的储氢材料。乙二胺/甲醇在130℃下，可以实现高效的脱氢。但是反应温度高，对甲醇等小分子来说，处于气态，无疑增加了反应的危险性，并且反应中使用了贵金属，增加了成本。因此降低反应的温度，开发廉价催化体系是热催化有机液体脱氢能否应用的关键。

发明内容

现在的热催化有机液体储氢材料存在脱氢温度过高、反应过程中底物小分子处于气态、催化剂制备复杂等问题，为了解决以上问题，本发明提供一种新的热催化有机液体储氢材料的脱氢反应体系；所述反应体系可以实现在95-110℃催化有机液体储氢材料高效脱氢。

本发明目的是通过如下方案实现的：

一种热催化有机液体储氢材料的脱氢反应体系，所述脱氢反应体系包括金属盐、有机碱、有机液体储氢材料和溶剂；所述金属盐选自NiCl₂；所述有机碱选自叔丁醇钾；所述有机液体储氢材料选自乙二醇和乙二胺。

根据本发明，所述脱氢反应体系还包括有机膦配体，所述有机膦配体选自1,1-双(二苯基膦)二茂铁。

根据本发明，所述溶剂选自1,4-二氧六环。