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高效储氢材料的研发是实现氢能大规模应用的关键。氨硼烷(NH3BH3,AB)作为一种非常有前景的储氢材料,在近年来受到人们的重视。AB具有储氢容量高(19.6 wt%)、室温稳定性好、放氢温度相对较低、环境友好等优点。然而,要实现AB作为储氢材料的实际应用,它的放氢温度仍有待进一步降低,对燃料电池有害的杂质气体也需要得到抑制,放氢动力学也有待改善。
本文在总结氨硼烷这一储氢材料的研究进展的基础上,利用两种不同的方法,降低氨硼烷的放氢温度,抑制杂质气体的释放,并研究其反应机理。主要内容包括:⑴研究了甘露醇(C6H8(OH)6,MA)与AB混合物的放氢性能及其反应机理。在Ar气氛中,将一定摩尔比的MA和AB用研钵进行研磨,得到MA/6AB,MA/3AB和MA/2AB(摩尔比分别为MA/AB=1:6,1:3和1:2)三个样品。研究表明,MA的加入能够使AB的放氢温度降低约20℃,有效遏制杂质气体硼嗪(B3N3H6)的释放,从而使AB的放氢性能得到有效改善。通过对样品MA/2AB热分解前后固体样品进行光谱分析,我们得出结论,MA和AB在加热时发生化学反应,MA中的O-H和AB中的B-H发生作用,生成H2。同时由于B原子被O原子固定,使得不再生成B3N3H6这一产物,而且由于更为稳定的B-O的生成,B-N发生断裂,使得MA/2AB产生大量的NH3。而用无水MgCl2作为氨气的吸收剂,能够解决这一问题,使得MA/2AB成为一种非常有潜力的固态储氢材料。⑵研究了介孔氧化镍(NiO)和AB复合物的放氢性能及其催化机理。利用一种简单的无模板法,合成了表面积为304 m2g-1,孔体积为0.63 cm3 g-1的介孔NiO。用溶液法将AB载入到NiO的孔洞中,使得放氢起始温度降低约40℃,可一步放氢,峰温降低14℃,并且抑制了杂质气体B3N3H6的产生。根据我们在实验上观察到了NiO表面的Ni空位,我们认为,除了NiO介孔的纳米限域效应以及表面羟基的催化作用,Ni空位也起到了一定的催化作用。