掺杂元素Ti和Ni对NaAlH4放氢性能影响的第一原理研究

利用第一性原理方法研究了掺杂元素Ti, Ni对NaAlH4放氢性能的影响. 计算表明: Ti在NaAlH4中倾向于替代Al原子, 而Ni则倾向于占据间隙位置. 电子结构分析显示Ti替代NaAlH4中的Al位置时与近邻的Al原子产生强烈的相互作用, 破坏[AlH4]基团的结构, 从而改善NaAlH4的放氢性能. Ti替代Na或占据间隙位置时Ti与H原子间存在较强的相互作用, 有可能诱发TiH2相而改善NaAlH4的放氢性能. 与Ti相比Ni对NaAlH4放氢性能的影响较小, 仅当Ni占据间隙位置时才可能对[AlH4]基团产生一定影响. 总体而言, Ti对NaAlH4放氢性能的影响强于Ni的作用, 这与实验观测相吻合.     

镨、钕氢化物催化剂对NaH/Al复合物吸放氢性能的影响

采用NaH和Al为合成原料,镨、钕氢化物为催化剂,通过机械球磨(NaH/Al+6%(摩尔分数)RE-H)(RE=Pr,Nd)复合物的方法并加氢合成NaAlH4络合氢化物,系统研究了催化剂对其吸放氢性能的影响。结果表明,加入PrH2.92和NdH2.27能明显改善NaH/Al复合物的吸放氢动力学性能,有效降低NaAlH4的脱氢温度。(NaH/Al+6%PrH2.92)和(NaH/Al+6%NdH2.27)复合物的120℃吸氢容量分别为3.57%和3.61%(质量分数),170℃放氢容量分别为2.57%和2.95%;且两者均具有较好的吸放氢循环稳定性,但吸(放)氢后样品中均存在少量Na3AlH6相,表明样品的吸(放)氢反应进行得并不彻底,使得其实际吸放氢容量低于理论可逆储氢容量。研究表明,PrH2.92和NdH2.27在球磨、吸/放氢过程中始终稳态存在,起着催化储氢作用;(NaH/Al+6%PrH2.92)复合物的放氢活化能稍低于(NaH/Al+6%NdH2.27)复合物。     

Ti-Zr催化剂对NaH/Al复合物可逆储氢特性的影响

采用机械球磨(NaH/Al+Ti)和(NaH/Al+Ti-Zr)复合物的方法加氢制备了NaAlH4配位氢化物, 系统研究了Ti、Ti-Zr催化剂以及不同加氢条件对其可逆储氢行为的影响. 结果表明, 对于NaH/Al体系的吸放氢性能, 共掺金属Ti粉/Zr粉的催化作用比单独掺金属Ti粉的催化作用要好. 随着加氢温度从85 ℃上升到140 ℃, 体系的吸氢容量先增后减, 并在120 ℃时达到最大值; 同时, 发现共掺Ti-Zr催化剂的复合物具有最佳的储氢性能, 在120和85 ℃时的吸氢量分别为4.61%和3.52%(w), 比仅掺Ti 催化剂的复合物分别高出0.40%和0.70%(w)的吸氢量. 随着加氢压力的增大, (NaH/Al+Ti-Zr)复合物的吸氢性能随之提高. XRD和DSC分析结果表明, NaAlH4体系的放氢过程明显发生两步分解反应, 共掺Ti-Zr催化剂的复合物储氢性能优于单独掺Ti 催化剂的原因是, 共掺催化剂能有效改善NaAlH4体系吸放氢反应的动力学性能,并降低体系的放氢温度.     

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。     

机械球磨固相化学反应制备AlH3及其放氢性能

以LiAlH4和AlCl3为原料, 采用机械球磨固相化学反应方法制备了铝氢化合物, 通过X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)和质谱(MS)分析等方法对反应产物进行分析和表征, 研究了不同球磨时间(4、8、15和20 h)对LiAlH4+AlCl体系的固相反应转变规律﹑合成产物和放氢性能的影响. 研究结果表明, 随球磨时间的增加, 球磨固相反应按3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+3LiCl方向进行, 形成了非晶态铝氢化合物AlH3, 球磨20 h时反应基本完全. 球磨产物的放氢动力学特性随球磨时间增加而改善, 其放氢起始温度均低于100 ℃, 最大放氢量达到2.6%-3.6%(H2)(w), 接近反应体系的理论储氢量4.85%(H2)(w). 球磨过程中反应产物形成LiCl·H2O以及少量AlH3发生分解是影响球磨产物最大放氢量的主要因素.     

贮氢合金的吸放氢性能测定

贮氢合金的吸放氢量，压力组成等温线，以及吸放氢过程的热力学函数变化诸性能的测定，离不开一套适宜的高压一真空实验装置．不少研究者曾报导过较简单的仪器装置[1-4]．还有将吸氢装置配以色谱仪和质谱仪来研究合金的吸氢与中毒问．为测定各类贮氢合金的吸氢性能本实验室研制并装配了一种准确实用的实验装置，可在-196℃至＋500℃和16MPa－0．0001MPa氢压范围内获得准确的平衡数据．1实验装置与仪器实验装置由阀件、压力表、压力传感数字低压计、真空泵和反应器组成（图1）．全部管路为外径rk3mm的不锈钢管．阀件是自行设计的高压微型阀…     

机械球磨固相化学反应制备AlH3及其放氢性能

以LiAlH4和AlCl3为原料,采用机械球磨固相化学反应方法制备了铝氢化合物,通过X射线衍射(XRD)、热分析(TG-DSC)和质谱(MS)分析等方法对反应产物进行分析和表征,研究了不同球磨时间(4、8、15和20 h)对LiAlH4+AlCl体系的固相反应转变规律合成产物和放氢性能的影响.研究结果表明,随球磨时间的增加,球磨固相反应按3LiAlH4+AlCl3→4AlH3+3LiCl方向进行,形成了非晶态铝氢化合物AlH3,球磨20 h时反应基本完全.球磨产物的放氢动力学特性随球磨时间增加而改善,其放氢起始温度均低于100℃,最大放氢量达到2.6%-3.6%(H2)(w),接近反应体系的理论储氢量4.85%(H2)(w).球磨过程中反应产物形成LiCl·H2O以及少量AlH3发生分解是影响球磨产物最大放氢量的主要因素.     

基于MX_4结构的配位化合物析氢反应催化性能

具有MX4结构的(M=Fe,Co,Ni,Cu等,X=N,S,Se等)小分子配位化合物及配位聚合物(MX4催化剂),由于其新颖的结构和优异的电催化析氢性能受到研究人员越来越多的关注。本文综述了MX4催化剂的研究进展,其中MX4催化剂活性受金属中心、配位原子、配体的结构以及材料的形貌、尺寸等因素的影响。理论计算有助于分析催化剂中这些因素对催化剂活性的影响,也有助于通过理论模拟,设计更合理的催化剂分子结构。     

TiF3对LiAlH4放氢性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重(TG)等测试方法, 对掺杂TiF₃前后和不同TiF₃掺杂量LiAlH₄的放氢性能进行了研究. 结果发现, 在TiF₃存在下, LiAlH₄在球磨过程中有少量分解. TiF₃对LiAlH₄放氢具有明显的催化作用. 随着掺杂量的增加, LiAlH₄的起始放氢温度降低, 但放氢量会明显减少. 掺杂2%(摩尔分数)TiF₃的LiAlH₄从80 ℃开始放氢, 比未处理的LiAlH₄的起始放氢温度降低了70 ℃, 放氢量高达6.6%(质量分数).     

络合氢化物Ti-NaAlH4的制备与储氢特性

采用Ti粉为催化剂前驱体、预处理Al粉和NaH为合成原料, 通过机械球磨-加氢方法合成出络合氢化物Ti-NaAlH4, 系统研究了球磨保护气氛、球磨时间和氢化加氢压力等制备参数对其储氢性能的影响. 结果表明, 制备方法对Ti-NaAlH4储氢特性有很大影响. 与氩气保护气氛相比, 在氢气气氛中球磨制备的复合物具有更高的吸放氢性能. 在氢气保护气氛下, 随着球磨时间从6 h增至24 h, 复合物的吸氢容量和吸氢速率先增后减, 12 h时达到最佳值, 而复合物的放氢容量和放氢速率则逐渐增高; 进一步延长球磨时间会使颗粒发生团聚, 从而导致吸氢性能下降. 随着氢化加氢压力从7.5 MPa升至13.5 MPa, 复合物的吸氢容量(质量分数)由2.83%逐渐增至4.21%. 复合物球磨后出现的Na3AlH6中间氢化物相表明, 在氢气下掺Ti球磨对NaH和Al的氢化反应起到很好的促进作用.     

Complex Reducing Agents (CRA's)—Versatile,Novel Ways of Using Sodium Hydride in Organic Synthesis

Why do we hardly use the simplest and, at the same time, inexpensive reducing agent sodium hydride in organic chemistry? To this question the answer is invariably: “It is too basic”. In this progress report we describe work we have performed aimed at controlling the basicity of NaH using sodium alcoholates and metal salts. The complex reducing agents (CRA's) developed (symbolized NaH-RONa-MX_n) allow organic halides, alkenes, alkynes and ketones to be reduced selectively. Highly regioselective 1,4- and 1,2-reductions of α,β-unsaturated ketones are easily performed using appropriate metal salts. Modified CRA's have proved to be excellent hydrosilylating reagents for carbonyl groups, non-pyrophoric heterogeneous hydrogenation catalysts, coupling reagents for aryl and vinyl halides, and reagents for the carbonylation of organic halides under very mild conditions. The study of these reactions opened up the field to phase-transfer-catalyzed photostimulated carbonylations as well as to S_RN1 reactions of metalates.–Thus, starting from the simple sodium hydride a large number of useful reagents have become accessible.     

单氢钌配合物催化氢化苯乙烯的位阻效应

研究了溶剂分别为 THF, H2O/THF, CH3CN/THF以及ROH/THF (R＝Me, Et, iso-Pr, tert-Bu)条件下TpRuH(PPh3)- (CH3CN) [Tp＝hydrotris(pyrazolyl)borate]催化氢化苯乙烯生成乙基苯的反应, 发现向干燥THF体系中添加微量 H2O, CH3CN或ROH对催化反应都具有显著的促进作用. 催化机理研究表明, 小分子添加物首先取代TpRuH(PPh3)(CH3CN)中的PPh3配体形成中间体TpRuH(CH3CN)L (L＝H2O, CH3CN或ROH), 降低空间位阻, CH3CN配体随后被苯乙烯取代生成中间体 TpRuH(H2C＝CHPh)L; η2-苯乙烯插入Ru—H键后形成的Ru-烷基中间物与H2反应生成η2-H2配合物 TpRu(CH2CH2Ph)(H2)L或TpRu[CH(CH3)Ph](H2)L, 进而发生σ-复分解反应生成乙基苯完成催化循环.     

纳米氧化物对MH/Ni电池负极电化学性能影响的研究

采用纳米氧化铜作为添加剂掺杂制备MH/Ni电池负极, 研究了氧化铜在电极内部的反应机理, 考察了修饰后电极储备容量的变化, 及电极的电化学性能, 并应用EIS方法探讨了电极性能改善的作用机理. 循环伏安测试表明, 氧化铜在首次充电时被还原成铜并沉积在合金颗粒表面. 电化学测试表明, 掺杂后合金电极的电化学性能显著提高. EIS分析表明, 掺杂后合金电极的导电性提高, 电化学活性增强.     

含负氢配体的单核钌催化的降冰片烯开环易位聚合催化研究

设计的含负氢配体的单核钌配合物Ru(p-cymene)HClPCy₃高活性地催化了降冰片烯开环易位聚合反应(ROMP), 并通过设计的Ru(p-cymene)H₂PCy₃对降冰片烯的催化活性研究证明了单核催化剂需同时含有氯原子配体, 提出了反应机理.     

Hydrogen-Release Reaction of a Complex Transition Metal Hydride with Covalently Bound Hydrogen and Hydride Ions

The hydrogen-release reaction of a complex transition metal hydride, LaMg₂NiH₇, composed of La³⁺, 2×Mg²⁺, [NiH₄]⁴⁻ and 3×H⁻, was studied by thermal analyses, powder X-ray, and neutron diffraction and inelastic neutron scattering. Upon heating, LaMg₂NiH₇ released hydrogen at approximately 567 K and decomposed into LaH₂₋₃ and Mg₂Ni. Before the reaction, covalently bound hydrogen (H^c°^v.) in [NiH₄]⁴⁻ exhibited a larger atomic displacement than H⁻, although a weakening of the chemical bonds around [NiH₄]⁴⁻ and H⁻ was observed. These results indicate the precursor phenomenon of a hydrogen-release reaction, wherein there is a large atomic displacement of H^c°^v. that induces the hydrogen-release reaction rather than H⁻. As an isothermal reaction, LaMg₂NiH₇ formed LaMg₂NiH_2.4 at 503 K in vacuum for 48 h, and LaMg₂NiH_2.4 reacted with hydrogen to reform LaMg₂NiH₇ at 473 K under 1 MPa of H₂ gas pressure for 10 h. These results revealed that LaMg₂NiH₇ exhibited partially reversible hydrogen-release and uptake reactions.     

溶剂对SBS粘合金属氢化物电极的影响

ＳＢＳ粘合的金属氢化物电极的性能，尤其是循环性能优于ＰＴＦＥ、ＨＰＭＣ等粘合的ＭＨ电极．不同溶剂对ＳＢＳ粘合电极的性能影响较大，经丁酮化学处理后，以松节油为粘合剂溶剂的ＳＢＳ电极容量最大，内阻最小，大电流放电能力最强；压片温度对电极性能影响也较大，最佳压片温度为８０℃