氨基硼烷（NH3BH3）复合储氢材料及其烷基衍生物的热分解性能与机理研究

氨基硼烷(NH3BH3, AB)作为一种高容量、低放氢温度的化学氢化物储氢材料,近年来被科研工作者进行了广泛的研究。本文以氨基硼烷为中心,通过模板法和电纺丝方法将氨基硼烷纳米化,来研究纳米作用对氨基硼烷放氢速率以及放氢纯度的影响。同时我们又通过化学改性的方法合成出了一系列的氨基硼烷衍生物,来研究有机官能团的引入对氨基硼烷分子间双氢键的影响,以及此类影响对其放氢性质及放氢机理的改善。主要结果如下： (1)通过用“氨液化”方法将氨基硼烷注入Pt/CNTs以后,我们发现纳米效应可以消除氨基硼烷分解放氢过程中的诱导期,同时可以降低放氢过程的活化能而大大提高放氢速率。并且Pt纳米颗粒对氨基硼烷分解过程也有一定的催化作用。用Pt/CNTs做模板对氨基硼烷进行改性,把纳米效应和催化效应结合了起来,这不仅克服了放氢速率低的问题,同时也制止了杂质气体的释放。 (2)采用电纺丝的方法成功制备了聚乙烯基吡咯烷酮为载体的氨基硼烷纳米线,实现了氨基硼烷的纳米化,从而提高了氨基硼烷的分解速率并降低起始放氢温度。但是所制备的聚合物载体氨基硼烷纳米线虽然抑制了含硼杂质气体的释放,但是氨气的释放却相对加强了。最后我们通过添加MgCl2抑制了NH3的释放,使得氨基硼烷纳米线成为纯氢释放体系。 (3)为了能够深入理解聚合物与氨基硼烷之间相互作用的现象并解释造成这种现象的原因,我们选择了一种新的聚合物聚丙烯酰胺(PAM),然后用PAM与AB共混。共混后的样品通过XRD、红外和固体11B核磁共振的方法进行了研究,我们发现由于这一系列的聚合物中都含有C=O双键,其中的O原子可以和AB中的B原子发生相互作用,导致新的反应机理的产生,也就是在分解过程中随着温度的升高B-N键断裂释放NH3,同时形成新的-OB键。同时我们通过实验发现,在体系内部添加金属氯化物可以制止NH3释放的原因是金属离子加强了B-N键,同时金属氯化物可以和NH3配位。 (4)通过化学改性的方法合成出了两种新的氨基硼烷衍生物(硼氢化对/间苯二胺),并研究了这些新物质的放氢情况。这两种物质相对于硼氢化铵在常温时更稳定,起始放氢温度在50℃左右。放氢过程中,氢气纯度较高,只释放少量B2H6杂质。此外,通过化学改性的方法合成了一系列含有多个AB单元的C-N-B化合物(DETAB、TETAB和TEPAB),此类化合物相对于纯AB有更低的起始放氢温度和更快的放氢速率。在此三个物质内部进行比较发现,随着烷基取代数目的增加,它们的放氢活化能逐渐降低,造成这种现象的原因可能是烷基取代数的增加进一步破坏了氨基硼烷中的双氢键作用。这些体系都是纯氢释放体系,在放氢过程中除了主要的正负氢结合放氢以外,还存在少量的负负氢结合放氢现象。