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氢能被认为是21世纪的绿色新能源,而储氢材料的研发是氢能利用中亟待攻克的技术难题。金属氨基硼烷是近年发展起来的一类新型固态储氢材料,因其具有储氢容量高、脱氢温度低、脱氢副产物少等优点而备受关注。然而,金属氨基硼烷类储氢材料仍存在一些问题,如因材料中Hδ+和Hδ-不平衡引起的脱氢量低于理论值以及吸放氢过程不可逆等。从前期的研究结果中可以推断,对金属氨基硼烷进行化学改性可从根本上解决这些问题。本论文针对金属氨基硼烷中Hδ+和Hδ-不平衡问题展开研究,成功合成了三元金属氨基硼烷氨合物并利用金属氨基化合物对金属氨基硼烷进行了化学改性,调变其脱氢性能。
本论文的第一章是对研究背景和意义的概述。重点总结了金属氨基化合物-氢化物储氢体系和氨硼烷储氢体系的研究进展进行,它们是本论文的研究基础。
在第二章中重点研究了三元金属氨基硼烷Li2Mg(NH2BH3)4·NH3的制备、结构及脱氢性能。我们成功合成了具有单斜结构的Li2Mg(NH2BH3)4·NH3,并通过在开放系统中加热使其脱氨合成了正交晶体Li2Mg(NH2BH3)4。Mg2+的加入未实现抑制氨合物脱氨的目的,其原因可能是NH3未与Mg2+直接配位;而在密闭系统中加热时,Li2Mg(NH2BH3)4·NH3发生脱氢反应。实验结果显示络合的NH3在降低脱氢温度上起到重要作用,与Li2Mg(NH2BH3)4相比,脱氢起始温度降低了约40℃。另外,NH3参与脱氢反应使储氢系统中Hδ+和Hδ-接近于平衡,提高了H的利用率,增加了脱氢量。Li2Mg(NH2BH3)4·NH3可在105℃下释放4.7 wt%氢气,在200℃下释放10.8 wt%氢气。但是,NH3参与使得脱氢反应放热更多,这对调节反应的热力学性能是不利的。
在第三章中,我们选用LiNH2对Ca(NH2BH3)2进行化学改性。通过机械球磨反应,LiNH2与Ca(NH2BH3)2生成了新的化合物-LiCa(NH2)3(BH3)2,B-H和N-H键强均被削弱。LiCa(NH2)3(BH3)2在开放体系和密闭体系中的热分解行为是类似的,均为优先脱氢。NH2-的引入同时起到了增加脱氢量和降低脱氢温度的作用。LiCa(NH2)3(BH3)2在300℃比Ca(NH2BH3)2多释放出2个当量的H原子,脱氢起始温度降低了约60℃。另外,利用LiNH2对Ca(NH2BH3)2进行化学改性未引起脱氢反应放热量的显著变化。
在第四章中,我们对本文所研究内容进行了总结,并在此基础上提出了一些改进方案。