轻金属配位氢化物储氢体系

实现氢能有效利用的关键技术是开发安全、经济、高效的氢能储运体系。在目前所有的储氢技术中,固态材料化学储氢因其储氢密度大、可循环使用、安全方便储运等优势成为人们关注的焦点;配位氢化物储氢材料是现有储氢材料中体积和质量储氢密度最高的储氢材料。其中,具有高储氢密度、储氢性能优良的轻金属配位氢化物储氢材料是配位氢化物储氢领域研究的重点,目前已经取得了大量成果。本文论述了主要轻金属配位氢化物储氢体系的研究进展,包括硼氢化物储氢体系、铝氢化物储氢体系、氨基化物储氢体系等,阐述和总结了其热解反应机理、动力学性能、晶体结构、最新研究现状,最后对该领域的研究方向进行了总结和展望,指出二元或多元复合储氢体系、高效纳米粒子催化剂和储氢反应环境的综合协同效应将会成为储氢领域未来的研究趋势和重要研究方向。     

储氢材料第一性原理计算的研究进展

综述了第一性原理计算在储氢材料研究中取得的成果和最新的进展。 第一性原理计算在储氢材料研究中的应用主要有以下4个方面： 1）研究纳米结构的储氢性能; 2） 研究储氢材料中掺杂和缺陷的作用及对储氢性能的影响; 3）研究储氢机理; 4）确定氢化物的几何结构以及预测新型储氢材料。 同时展望了第一性原理计算在储氢领域中的应用前景。     

金属硼氢化物基固态储氢体系

氢气储存仍是制约氢经济推行的关键问题,开发一种高效、安全的储氢技术仍面临着巨大挑战。近年来,利用固态氢化物的化学吸附储氢技术由于可靠、结构紧密和高储氢容量的特点,被视为最有潜力的储氢手段之一。在众多固态氢化物储氢材料中,金属硼氢化物由于其极高的重量和体积储氢密度而备受关注。然而,金属硼氢化物热力学稳定,动力学缓慢,导致其吸/放氢温度高、速率慢、可逆性及循环稳定性差。本文从替代、复合、掺杂、纳米结构限域及相应的反应机理等角度总结了金属硼氢化物储氢材料的最新改性研究和应用,并提出了其中存在的问题和相应对策,同时指出了未来的研究方向。     

我国金属氢化物化学研究

综述了我国金属氢化物化学的发展。我国是从５０年代中期开始研究离子型金属氢化物的合成、性能和应用的,发展了一些合成方法,获得了多项中国专利。储氢合金的化学研究是７０年代中期开始的。在储氢合金的化学合成、吸放氢热力学与动力学、储氢合金氢化催化和电化学方面都有较深入的研究,特别是储氢电极合金电化学及其在Ｎｉ／ＭＨ可逆电池中的应用研究,在国家８６３计划强有力的支持下,某些方面进入了国际先进行列。     

我国金属氢化物化学研究

综述了我国金属氢化物化学的发展。我国是从50年代中期开始研究离子型金属氢化物的合成、性能和应用的,发展了一些合成方法,获得了多项中国专利。储氢合金的化学研究是70年代中期开始的。在储氢合金的化学合成、吸放氢热力学与动力学、储氢合金氢化催化和电化学方面都有较深入的研究,特别是储氢电极合金电化学及其在Ni/MH可逆电池中的应用研究,在国家863计划强有力的支持下,某些方面进入了国际先进行列。     

轻质储氢材料改性与热力学调控进展

为解决环境与能源问题,氢能作为一种理想的二次能源,受到国内外研究者的关注.众多储氢方式中,固态储氢能量密度高、安全性好,被认为是最具有发展前景的储氢方式之一.由轻质元素组成的储氢材料(包含金属氢化物、硼氢化物、铝氢化物、氨基氢化物、氨硼烷)因其具有高的储能密度成为储氢领域的研究热点.本文从热力学角度出发,对几种轻质储氢材料的研究进展,尤其是材料的改性进行了总结,并对轻质储氢材料的发展趋势进行了展望.     

硼氢化锂储氢材料研究*

车载储氢是推进氢燃料车规模化商业应用的“瓶颈”环节,开发高性能车载储氢材料/技术成为当前能源及材料领域关注的热点。近年来,随着储氢材料领域的不断拓展,以硼氢化锂（LiBH₄）为典型代表的高储量配位金属氢化物日渐成为新兴的储氢材料研究热点。本文从体系成分/反应路径调整、纳米结构调制、阴/阳离子替代及催化体系构建等方面概述了改善LiBH4综合储/放氢性能的最新研究进展,旨在明确配位硼氢化物储氢材料研究中的关键问题及可能的解决途径。     

储氢研究进展

氢能是21世纪主要的新能源之一。作为一种新型的清洁能源,氢的廉价制取、安全高效储存与输送及规模应用是当今研究的重点课题,而氢的储存是氢能应用的关键。储氢材料能可逆地大量吸放氢,在氢的储存与输送过程中是一种重要载体。本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术,如高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、化学氢化物储氢、吸附储氢、金属有机骨架储氢等,比较了各种储氢的优缺点,并指出其相关发展趋势。     

有机氢化物可逆储氢循环中脱氢催化剂的研究进展

有机氢化物脱氢催化剂的研究是有机氢化物可逆储氢技术得以循环运用的关键. 首先对若干不同有机氢化物储氢循环中的脱氢反应机理进行了分析, 考察了采用密度泛函理论(DFT)结合研究实例对不同活性组分的脱氢性能进行分析预测的催化剂设计策略, 讨论了不同单金属及双金属催化剂的脱氢性能, 比较了不同活性金属种类及含量、不同的载体及其改性处理、不同的制备方法对催化剂电子性能、结构及其催化活性的影响. 建议采用将DFT理论预测和表面科学实验、先进的催化剂合成方法三者有机结合, 以完成优良脱氢催化剂的理性设计, 从而获得具有良好催化活性的脱氢催化剂.     

含Co或Ni的双金属及三金属纳米颗粒制备方法及其催化制氢性能

常见的氢气储存方法有液态储氢、高压气态储氢、有机化合物储氢、金属氢化物储氢、吸附储氢及液相化学储氢材料储氢等,其中液相化学储氢材料由于具有含氢量高、且可按时即需释放氢气的优点,引起了研究人员的广泛关注;选择合适的催化剂催化液相储氢材料制氢已成为一个研究热点。含有Co或Ni的双金属或三金属纳米颗粒是一种极具应用前景的催化剂,具有价格低廉、储量丰富和催化性能优异等众多优点。本文综述了含Co或Ni的双金属或三金属纳米颗粒的制备方法及其催化制氢性能,并提出了其目前研究中存在的问题和未来潜在的发展方向。     

First-principles study of Ti-catalyzed hydrogen chemisorption on an Al surface: a critical first step for reversible hydrogen storage in NaAlH4

Complex metal hydrides are perhaps the most promising hydrogen storage materials for a gradual transformation to a hydrogen-based economy. We have used a computational approach to aid the ongoing experimental effort to understand the reversible hydrogen storage in Ti-doped NaAlH(4) and propose a plausible first step in the rehydrogenation mechanism. The study provides insight into the catalytic role played by the Ti atoms on an Al surface in the chemisorption of molecular hydrogen and identifies the local arrangement of the Ti atoms responsible for the process. Our results can potentially lead to ways of making other similar metal hydrides reversible.     

A new Li-Al-N-H system for reversible hydrogen storage

Complex metal hydrides are considered as a class of candidate materials for hydrogen storage. Lithium-based complex hydrides including lithium alanates (LiAlH(4) and Li(3)AlH(6)) are among the most promising materials owing to its high hydrogen content. In the present work, we investigated dehydrogenation/rehydrogenation reactions of a combined system of Li(3)AlH(6) and LiNH(2). Thermogravimetric analysis (TGA) of Li(3)AlH(6)/3LiNH(2)/4 wt % TiCl(3)-(1)/(3)AlCl(3) mixtures indicated that a large amount of hydrogen (approximately 7.1 wt %) can be released between 150 degrees C and 300 degrees C under a heating rate of 5 degrees C/min in two dehydrogenation reaction steps. The results also show that the dehydrogenation reaction of the new material system is nearly 100% reversible under 2000 psi pressure hydrogen at 300 degrees C. Further, a short-cycle experiment has demonstrated that the new combined material system of alanates and amides can maintain its hydrogen storage capacity upon cycling of the dehydrogenation/rehydrogenation reactions.     

多孔材料负载金催化剂的制备与应用*

本文综述了微孔材料和介孔材料负载型金催化剂的制备、表征与应用研究的最新进展,从多孔载体的选择（氧化物、微孔分子筛、介孔氧化物、介孔分子筛和介孔碳材料）、金的最新负载方法（沉积-沉淀法、溶胶-凝胶法、原位法/一步法和化学气相沉积法）与表征及其催化性能（一氧化碳低温氧化、氢气/氧气直接合成过氧化氢、直接合成环氧丙烷和有机物的选择性氧化）等方面详尽地评述了微孔材料和介孔材料负载型金催化剂研究概况。同时,提出了多孔材料负载金催化剂存在的一些问题,并展望了其研究和发展的方向。     

Morphology-Dependent Stability of Complex Metal Hydrides and Their Intermediates Using First-Principles Calculations

Complex light metal hydrides are promising candidates for efficient, compact solid-state hydrogen storage. (De)hydrogenation of these materials often proceeds via multiple reaction intermediates, the energetics of which determine reversibility and kinetics. At the solid-state reaction front, molecular-level chemistry eventually drives the formation of bulk product phases. Therefore, a better understanding of realistic (de)hydrogenation behavior requires considering possible reaction products along all stages of morphological evolution, from molecular to bulk crystalline. Here, we use first-principles calculations to explore the interplay between intermediate morphology and reaction pathways. Employing representative complex metal hydride systems, we investigate the relative energetics of three distinct morphological stages that can be expressed by intermediates during solid-state reactions: i) dispersed molecules; ii) clustered molecular chains; and iii) condensed-phase crystals. Our results verify that the effective reaction energy landscape strongly depends on the morphological features and associated chemical environment, offering a possible explanation for observed discrepancies between X-ray diffraction and nuclear magnetic resonance measurements. Our theoretical understanding also provides physical and chemical insight into phase nucleation kinetics upon (de)hydrogenation of complex metal hydrides.     

Fe(II)自旋交叉分子材料

自旋交叉配合物具有理想的分子双稳态,可用作新型的热开关、光开关和信息存储器件。本文对近三年来Fe(II)自旋交叉分子材料的重要研究进展进行了综述,主要讨论了转变温度在室温附近的Fe(II)自旋交叉配合物以及具有光致激发自旋态捕获(LIESST)效应和多功能的Fe(II)自旋交叉分子材料,并对Fe(II)自旋交叉分子材料的应用前景作了探讨。     

Tailoring Thermodynamics and Kinetics for Hydrogen Storage in Complex Hydrides towards Applications

Solid‐state hydrogen storage using various materials is expected to provide the ultimate solution for safe and efficient on‐board storage. Complex hydrides have attracted increasing attention over the past two decades due to their high gravimetric and volumetric hydrogen densities. In this account, we review studies from our lab on tailoring the thermodynamics and kinetics for hydrogen storage in complex hydrides, including metal alanates, borohydrides and amides. By changing the material composition and structure, developing feasible preparation methods, doping high‐performance catalysts, optimizing multifunctional additives, creating nanostructures and understanding the interaction mechanisms with hydrogen, the operating temperatures for hydrogen storage in metal amides, alanates and borohydrides are remarkably reduced. This temperature reduction is associated with enhanced reaction kinetics and improved reversibility. The examples discussed in this review are expected to provide new inspiration for the development of complex hydrides with high hydrogen capacity and appropriate thermodynamics and kinetics for hydrogen storage.

     

聚合物互通多孔材料的乳液模板法制备及其功能化研究*

本文对近年来利用乳液模板制备聚合物互通多孔材料的研究进行了综述,主要介绍以高内相乳液模板制备互通多孔聚合物整体柱和利用双重乳液 (或称多重乳液) 制备多孔或多空聚合物微球的进展;分析目前多孔聚合物材料研究中存在的问题及其研究动态;讨论合成多孔聚合物材料的性能缺陷及其表面功能化改性的相关研究;并对聚合物互通多孔材料潜在的应用和研究前景进行了展望。     

具有18电子结构的镁基过渡金属氢化物*

本文综述了近年来备受关注的具有18电子结构和高储氢容量的镁基过渡金属氢化物Mg₂NiH₄、Mg₂CoH₅和Mg₂FeH₆的研究进展,特别从材料组成、制备工艺、热力学及动力学性能等方面进行了综合评述。提出了该类金属氢化物在实际应用中存在的一些问题,如吸/放氢温度均较高,反应动力学性能较差,对于Mg₂CoH₅和Mg₂FeH₆的制备较困难,且可逆性不好。最后展望了对于具有18电子结构的镁基过渡金属氢化物在今后研究中的发展方向。     

超临界流体沉积技术在纳米复合材料制备中的应用*

本文综述了超临界流体沉积法在纳米复合材料制备领域的进展,介绍了利用超临界流体的溶剂化特性、表面张力为零、性质随压力与温度的变化敏感等性质,制备高质量的纳米粒子、薄膜及多孔纳米材料,讨论了超临界流体沉积过程中的吸附、热力学平衡及扩散动力学等问题,总结了不同学者对该方法制备复合材料的机理研究,认为超临界流体沉积法是制备纳米复合材料的有效方法。最后,对深入开展此项研究工作需要努力的方向和解决的关键问题提出了建议。     

胶体晶体模板法制备三维有序大孔复合氧化物*

胶体晶体模板法是制备三维有序大孔（3DOM）复合氧化物材料的有效方法。制备过程一般包括3个步骤：首先,将单分散微球堆积成三维有序排列的胶体晶体;其次,将液态前驱体填充到胶体晶体的间隙,并在原位转化为固体骨架;最后,将微球去除,在原来微球间的空隙位置得到固体骨架,原来微球占据的位置则成为相互连接的孔穴。其中,胶体晶体模板的组装、前驱体的填充以及模板的去除都是制备3DOM复合氧化物的关键影响因素。本文针对这几个控制因素对胶体晶体模板法制备3DOM复合氧化物的影响进行了概述,并对孔结构的表征以及材料在催化和电极材料等方面的应用作了简单介绍。