材料科学与工程虚拟博物馆

新型氨硼烷化合物储氢材料研究取得重要进展

氨硼烷化合物（NH₃BH₃）是最近得到密切关注的一种新型化学氢化物储氢材料。它具有超高的含氢密度（19.6wt%），兼具热稳定性适中和化学稳定性良好等优点，颇具车载氢源应用前景。当前，各国学者集中致力于解决放氢动力学缓慢、杂质气体污染物释放及氢化物高效、廉价再生等一系列关键技术问题，旨在推进氨硼烷化合物的车载储氢应用。

　　沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部储氢材料小组王平研究员、康向东博士在中科院“百人计划”、国家自然科学基金等支持下，自2007年起开展了氨硼烷化合物研究，于近期在改善材料可控放氢性能方面取得了重要进展。他们采用添加固相反应物方法成功制备出替代型金属氨硼烷化合物LiNH₂BH₃，其有效氢容量>10 wt%，且可在100 °C下快速放氢>6 wt%，同时有效抑制了杂质气体污染物生成，在综合放氢性能方面接近于满足美国能源部（DOE）2010年车载储氢系统应用目标。该研究结果已发表于Adv. Mater.（2008, 20, 2756-2759），并被Energy Research News报道（http://www.ernmag.com/News/2008/063008/Hydrogen_storage_schemes_hit_10%25_--_ERN_063008.html）。此外，研究小组还提出了一种新化学活化方法，将NH₃BH₃与适量氢化镁（MgH₂）混合球磨可显著改善材料的放氢性能，且其性能改善幅度与LiNH₂BH₃极为相近。但根据原位X射线衍射分析及固体核磁原位测试结果，NH₃BH₃/MgH₂体系的性能改善主要通过固相间交互作用促进NH₃BH₃低温分解；而LiNH₂BH₃是通过元素替代来调整分子内化学键和分子间双氢键的强度，从而获取放氢性能改善。该研究结果已在Phys. Chem. Chem. Phys.（2009, DOI: 10.1039/b820401b）在线发表，并且被英国皇家化学学会（RCS）作为储氢研究亮点在Chemical Science（http://www.rsc.org/Publishing/ChemScience/Volume/2009/04/Hydrogen_storage_steps_up.asp）上予以报道。

　　添加固相反应物制备替代型金属氨硼烷或引入固相活化剂是改善氨硼烷化合物热解放氢性能的两种有效方法。虽然其改性机制不同，采用两种方法均可实现氨硼烷化合物于温和温度下的快速高容量放氢，且放氢反应接近热中性。从能量角度考虑，后者对于探索氢化物高效再生技术具有重要意义。作为一类新型储氢材料，氨硼烷及相关化合物具有广阔的实验与理论探索空间，在深化反应机制认识的基础上优化体系组成与结构，有望提供实用型储氢材料和技术。

材料恒温过程中固体核磁原位测试结果。（a）纯NH₃BH₃于85 °C下的热分解过程；(b)球磨添加MgH₂活化剂后,NH₃BH₃于75 °C下的热分解过程。

沈阳材料科学国家(联合)实验室供稿

材料学基础