一種高效自催化釋氫體系及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于新材料及能源開發(fā)的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高效釋氫體系及其使用方法。釋氫體系由固體組分和液體組分按摩爾比1：1～1：6構(gòu)成，在0℃至70℃條件下，將固體組分與液體組分混合，即可實現(xiàn)氫氣的自發(fā)、連續(xù)、可控釋放。本發(fā)明首次使用三聚氰胺/硼烷體系，具有原料廉價、無需加催化劑、反應(yīng)溫度低、工藝簡單、操作方便等優(yōu)點。
【專利說明】一種高效自催化釋氫體系及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新材料及能源開發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高效釋氫體系及其使用方 法，特別涉及以三聚氰胺和硼烷四氫呋喃加合物為反應(yīng)原料，經(jīng)自催化脫氫偶聯(lián)反應(yīng)高效 釋放氫氣的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，能源問題是我國和當(dāng)今世界共同面臨的一大問題。隨著環(huán)境污染的日 趨嚴(yán)重以及化石能源的逐漸枯竭，能源問題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙我們社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活 水平的提高。開發(fā)新能源是當(dāng)今世界各個國家所迫切需求的。氫氣作為一種無污染、能量 高、可再生的綠色能源，被人們公認(rèn)為是未來理想的替代能源之一，并且已經(jīng)成為能源開發(fā) 方面的一個研宄熱點。
[0003] 近些年來氨-硼烷體系的儲氫材料以其儲氫量大以及相對溫和的釋氫反應(yīng)條件 備受廣大研宄者的關(guān)注。其中，最簡單的氨-硼烷（NH 3+BH3)具有最高的釋氫量（質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為19. 6wt. % )，其釋氫是基于-NH和-BH在催化劑作用下發(fā)生脫氫偶聯(lián)反應(yīng)而進(jìn)行的。然 而氨-硼烷體系的釋氫反應(yīng)需要在較高溫度及催化劑作用下才能實現(xiàn)（Anne，Staubitz.; Alasdair，Ρ· Μ· Robertson. ;Ian，Manners. Chem. Rev. 2010,110, 4079-4124.)，所用催化 劑通常為貴金屬化合物（Brian，L. Conley. ;Denver，Guess. ;Travis，J. Williams. J. Am. Chem. Soc. 2011，133, 14212-14215.)。并且氨-硼烷體系在釋氫過程中會伴隨有硼吖嗪副 產(chǎn)物的生成和氨氣的釋放，不僅污染環(huán)境，還對人體有很大的傷害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以三聚氰胺和硼烷 四氫呋喃加合物為反應(yīng)原料的高效釋氫體系及其使用方法，該體系無需任何催化劑，無副 產(chǎn)物生成，反應(yīng)溫度溫和，方便使用。
[0005] 具體的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種高效自催化釋氫體系，其特征在于，由固體組分和液體組分按摩爾比1 :1? 1 :6構(gòu)成，所述的固體組分是三聚氰胺，所述的液體組分為硼烷四氫呋喃加合物或硼烷四 氫呋喃加合物的有機(jī)溶液。
[0007] 所述的硼燒四氫呋喃加合物的有機(jī)溶液濃度優(yōu)選0. lmol/L?I. 5mol/L，所用的 溶劑優(yōu)選甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氧六環(huán)、烷烴類溶劑或醚類溶劑。
[0008] 一種高效自催化釋氫體系的使用方法，其特征在于，在〇°C至70°C條件下，將固體 組分與液體組分混合，即可實現(xiàn)氫氣的自發(fā)、連續(xù)、可控釋放。
[0009] 在釋氫體系停止釋氫后，還可以將反應(yīng)所得固體產(chǎn)物繼續(xù)加熱至90°C以上，可繼 續(xù)釋氫，可以加熱到氫氣完全釋放為止。
[0010] 本發(fā)明提出的新型氨-硼烷自催化脫氫偶聯(lián)體系，以三聚氰胺和硼烷四氫呋喃加 合物在0°C至70°C下均勻混合釋放氫氣。在反應(yīng)過程中，三聚氰胺結(jié)構(gòu)中的三嗪環(huán)上N原 子與硼烷配位，使BH#P-NH 2接近而發(fā)生脫氫偶聯(lián)反應(yīng)，從而實現(xiàn)自催化高效釋放氫氣。
[0011] 本發(fā)明的反應(yīng)溫度以0°C至70°C為宜。當(dāng)溫度低于0°C時釋氫速度過于緩慢，高于 70°C時釋氫速度太快且溶劑開始揮發(fā)。
[0012] 本發(fā)明在實驗中發(fā)現(xiàn)：將Imol三聚氰胺和3mol硼烷四氫呋喃加合物在0°C至 70°C下混合反應(yīng)，釋放3mol氫氣后所得產(chǎn)物MB 3加熱至90°C以上可繼續(xù)釋放氫氣，從90°C 至170°C可持續(xù)釋放3mol氫氣，在反應(yīng)過程中，MB3結(jié)構(gòu)中B原子上的一個氫原子與該結(jié)構(gòu) 中N原子上的氫發(fā)生脫氫偶聯(lián)反應(yīng)，實現(xiàn)釋氫，釋放氫氣時間取決于加熱速度。實驗還發(fā) 現(xiàn)：將Imol三聚氰胺和6mol硼燒四氫呋喃加合物在0°C至70°C下混合反應(yīng)，釋放6mol氫 氣后所得產(chǎn)物MB 6加熱至125°C以上也會繼續(xù)釋氫，從125°C至200°C可持續(xù)釋放3mol氫 氣，反應(yīng)過程中，MB6結(jié)構(gòu)中B原子上的一個氫原子與該結(jié)構(gòu)中其他B原子上的氫發(fā)生脫氫 偶聯(lián)反應(yīng)，實現(xiàn)釋氫，釋放氫氣時間取決于加熱速度。釋氫總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8. 6wt. %。
[0013] 本發(fā)明的方法有以下有益效果：
[0014] 1、首次使用三聚氰胺/硼烷體系，三聚氰胺作為氫源材料，廉價易得。
[0015] 2、無需加入任何催化劑即可自發(fā)釋氫，首次開發(fā)出自催化釋氫體系。
[0016] 3、在室溫或較低溫度下即可連續(xù)釋放氫氣，釋氫速度可通過改變溫度調(diào)節(jié)。
[0017] 4、反應(yīng)過程中無有害副產(chǎn)物生成；
[0018] 5、體系的釋氫量較高，工藝簡單，便于操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是Immol三聚氰胺和3mmol BH3-THF的四氫呋喃溶液在25°C下混合反應(yīng)的釋 氫曲線。
[0020] 圖2是Immol三聚氰胺和3mmol BH3-THF的四氫呋喃溶液在50°C下混合反應(yīng)的釋 氫曲線。
[0021] 圖3是Immol三聚氰胺和6mmol BH3-THF的四氫呋喃溶液在25°C下混合反應(yīng)的釋 氫曲線。
[0022] 圖4是Immol三聚氰胺和6mmol BH3-THF的四氫呋喃溶液在50°C下混合反應(yīng)的釋 氫曲線。

【具體實施方式】
[0023] 借助以下實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，應(yīng)理解，以下實施例是示范性的，而不是 限制性的，可根據(jù)上述發(fā)明的技術(shù)方案和實際情況，來確定具體的實施方法。
[0024] 實施例1
[0025] Immol三聚氰胺和3mmol BH3-THF的四氫呋喃溶液在25°C下混合所形成的釋氫體 系。
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種高效自催化釋氫體系，其特征在于，由固體組分和液體組分按摩爾比1:1?1: 6構(gòu)成，所述的固體組分是三聚氰胺，所述的液體組分為硼烷四氫呋喃加合物或硼烷四氫呋 喃加合物的有機(jī)溶液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效自催化釋氫體系，其特征在于，所述的硼烷四氫呋 喃加合物的有機(jī)溶液濃度為〇. lmol/L?1. 5mol/L，所用的溶劑是甲苯、二甲苯、四氫呋喃、 二氧六環(huán)、烷烴類溶劑或醚類溶劑。
3. -種權(quán)利要求1的高效自催化釋氫體系的使用方法，其特征在于，在0°C至70°C條件 下，將固體組分與液體組分混合，即實現(xiàn)氫氣的自發(fā)、連續(xù)釋放。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效自催化釋氫體系的使用方法，其特征在于，在釋氫 體系停止釋氫后，將反應(yīng)所得固體產(chǎn)物繼續(xù)加熱至90°C以上，可繼續(xù)釋氫。
【文檔編號】C01B3/02GK104477842SQ201410789085
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】母瀛, 籍向東 申請人:吉林大學(xué)