新型化学储氢材料肼硼烷催化水解制氢研究

肼硼烷（N2H4BH3）具有非常高的储氢质量分数15.3wt%，是一种颇具应用前景的新型高容量化学储氢材料。本项目拟通过制备廉价高效的金属纳米粒子催化剂，进行肼硼烷的催化水解制备氢气的研究，获取具有高储氢密度、低操作温度、可控放氢的化学储氢材料系统。通过深入研究在不同的催化剂、催化剂和肼硼烷不同的用量配比和反应温度条件下，肼硼烷分解放氢动力学行为，探索新型化学储氢材料肼硼烷的可控放氢技术，揭示肼硼烷催化水解反应动力学规律。结合量子化学理论计算和实验研究结果，阐明催化剂对肼硼烷的活化机制，建立肼硼烷催化放氢反应机理模型，为新型高容量储氢材料系统的设计开发提供理论依据和实验基础。

化学储氢材料具有轻质高容量的特性，被认为是一种理想的氢源。B-N基储氢气材料肼硼烷，具有类氨硼烷结构，有非常高的储氢质量分数15.3wt%，是一种颇具有应用前景的新型高容量化学储氢材料。肼硼烷固体及液体本身比较稳定，在合适催化剂条件下，肼硼烷能和水反应放出硼烷基部分的氢气，并且肼基部分也能分解放出氢气。因此，肼硼烷催化制氢关键在于催化剂的研制。本项目采用反胶束法一锅合成了M@SiO2（M=Cu, Ru, Pt, Ag, Co, Ni等）核壳纳米球结构，约为2-5纳米的金属核嵌在约为25纳米的SiO2纳米球中间。该催化剂具有高催化活性和高稳定性的特点，由于SiO2的保护400度高温煅烧之后催化活性都没有下降。比如所合成的Cu@SiO2能够室温催化肼硼烷水解反应放出氢气，其翻转频率为454 mol H2 (mol Cu h)-1，并且经过十次循环之后催化活性相对第一次还保持有85%的活性。采用原位还原合成法合成了新型纳米合金(CuFe, CuCo, CuNi, CoNi)，采用原位还原和液相沉积法制备了一系列碳材料(石墨烯，碳纳米管)负载的金属（Cu, Co, Rh）复合纳米材料，这些金属基纳米催化剂对于B-N基储氢材料制氢具有很高的催化活性，使得他们在液相制氢反应具有较好的应用前景。此外，我们制备了NiPt@RGO复合纳米催化剂，该催化剂是以硼氢化钠（NaBH4）为还原剂共还原活性金属Ni和Pt的前驱体以及载体氧化石墨烯（GO）而得。它表现出非常优异的催化性能，能在50摄氏度下催化肼硼烷完全水解硼烷基以及裂解肼基产氢，其氢气转换频率（TOF）达到了228 (mol H2 (mol metal h)-1。本项目完成了预期研究计划，达到了预期目标，在Journal of Power Sources、Scientific Reports、International Journal of Hydrogen Energy等知名期刊发表了标注受本项目资助的期刊论文15篇；其中影响因子大于3的有7篇；申请中国发明专利3项。