氨硼烷化合物(NH3BH3, AB)是近年来受到密切关注的一种新型化学氢化物储氢材料。它具有超高氢密度(19.6 wt.%),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。纯NH3BH3的热解放氢存在放氢动力学缓慢、杂质气体污染物释放等关键问题。本课题组采用固相反应法成功制备出替代型金属氨硼烷化合物LiNH2BH3。该化合物在保持高储氢容量的同时(> 10 wt.%),具有优异的可控放氢性能,可于100oC下快速放氢 > 6 wt.%,同时有效抑制杂质气体污染物生成(图1)。该研究结果于2008年6月16日发表于Adv. Mater.,于2008年6月30日被Energy Research News报道http://www.ernmag.com/News/2008/063008/Hydrogen_storage_schemes_hit_10% 25_--_ERN_063008.html.)。
图1. AB/LiH与AB放氢性能对比。左图:TG/DSC/MS分析结果;右图:体积法测试结果。(X.D. Kang, P. Wang, et al., Adv. Mater., 20 (2008) 2756-2759.)
此外,本课题组最近研究发现,通过添加碱土金属氢化物MgH2同样可以显著改善NH3BH3的低温放氢性能。根据原位X射线衍射分析、固体核磁原位测试等物相/结构分析结果(图2),NH3BH3/MgH2体系的性能改善机制不同于LiNH2BH3。前者主要通过固相间交互作用;而后者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,从而改变材料的热稳定性。该研究结果于2009年2月14日在线发表(X.D. Kang, P. Wang, et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009) 2507-2512),于2009年3月4日被英国皇家化学学会Chemical Science作为储氢研究亮点予以报道(http://www.rsc.org/Publishing/ ChemScience/Volume/2009/04/Hydrogen_storage_steps_up.asp)。
图2. 材料恒温过程中固体核磁原位测试结果(a)纯NH3BH3于85oC下的热分解过程;(b)球磨添加MgH2后,NH3BH3于75oC下的热分解过程。(X.D. Kang, P. Wang, et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009) 2507-2513)