金属肼硼烷的合成和性质

The reactions between hydrazine borane(N2H4BH3) and metal hydrides lead to the formation of a series of new compounds, metal hydrazinoboranes. In this project, we plan to synthesis and characterize structures and thermal decomposition properties of new metal hydrazinoboranes such as alkali, alkaline-earth or two kinds of cations mixed hydrazinoboranes. With theoretical calculations and experimental investigations, thermodynamic and kinetic data of their dehydrogenations can be obtained,and the dehydrogenation mechanism will be clear. These studies are the bases for the application of metal hydrazinobranes as hydrogen storage materials. The compositional alteration of hydrazine borane through substituting one H atom of NH2 group near BH3 group with metal ion will change the electronic structure, which would be responsible for improving hydrogen release thermodynamics/kinetics of the metal hydrazinoboranes. [N2NHBH3]- anion is a kind of trident ligands.The coordination of [NH2NHBH3]- to different metal cations will be abundant and versatile, which is helpful for the development of structure chemistry.

肼硼烷与金属氢化物反应形成一类新化合物-金属肼硼烷。本项目拟合成新的碱金属、碱土金属和双金属肼硼烷，表征他们的晶体结构和分解放氢性能。通过理论计算和实验验证，考察金属肼硼烷放氢反应机理，获得反应过程的热力学和动力学数据，为金属肼硼烷作为储氢材料应用提供依据。金属肼硼烷中肼硼烷分子中与硼相连的氮上的一个氢被金属阳离子取代，M+[NH2NHBH3]-。电子结构的改变会导致金属肼硼烷放氢反应的热力学和动力学性质比肼硼烷有显著改善。[NH2NHBH3]-是三齿阴离子，它与不同阳离子的配位方式将是丰富多样的,这有助于结构化学的发展。

高效储氢材料的缺乏是制约氢能大规模应用的瓶颈之一。肼硼烷及其衍生物具有氢含量高、放氢温和等优点，因此是一类具有前景的储氢体系。然而该类材料仍然存在着放氢动力学阻力高、气体中含有副产物等缺点。本项目通过材料设计，合成了一系列金属氨硼烷肼合物和金属硼氢化物肼合物；测定了新化合物晶体结构；详细考察了几类材料的分解放氢性能；对部分材料进行了催化改性，进一步提升了材料的放氢性能；揭示了金属硼氢化物和肼的相互作用以及脱氢反应机理，获得了反应热力学和动力学基础数据。其中锂氨硼烷肼合物可以在75℃下脱氢大于7%的氢气，是目前报道中在该温度下最高的放氢量。. 同时以氨硼烷水解放氢体系为例，由水解反应的机理出发，使用动力学同位素方法首次找到反应中的速控步骤，并由此针对性的设计出高效的非贵金属Co基催化剂和单原子Pt1/Ni合金催化剂，并揭示了催化氨硼烷水解的反应机制。. 该项目的实施为金属氨硼烷肼合物和金属硼氢化物肼合物成为实用的储氢材料奠定了基础。