氨硼烷水解释氢研究进展

王月影，雷云付，刘苏，孙燕

(云南师范大学，云南 昆明 650500)



氨硼烷水解释氢研究进展

王月影，雷云付，刘苏，孙燕

(云南师范大学，云南 昆明 650500)

化石燃料消耗剧增，生态环境恶化，迫使人类寻找替代能源。氨硼烷作为一种很有潜力的储氢材料得到广泛的应用，近年来氨硼烷水解释氢备受研究者青睐。本文主要介绍了氨硼烷水解释氢的优势、原理及催化剂。

储氢材料；氨硼烷；水解；释氢

随着经济的快速发展，人类对化石燃料的消耗量日益剧增。化石燃料不断枯竭，生态环境的恶化和温室效应，迫切需要寻找一种替代能源。氢是一种很好的能量载体，能量密度高，来源广，零污染物排放等，所以氢气被公认为未来清洁能源之一。但是由于缺乏安全，廉价，高效的储氢方法，氢的广泛应用受到阻碍。近年来，化学氢化物(如NH3BH3，NaBH4，N2H4等)由于其高的储氢密度、体积小等优点，已被证明是有实用价值的氢源。其中，氨硼烷(NH3BH3，AB)，其理论储氢含量高达19.6wt%，常温下以固体的形式存在，具有高的稳定性，分解温度适中，且环境友好，使得氨硼烷被认为被视为一个有实用价值的氢存储材料候选人之一[1]。

1　氨硼烷水解释氢的优势

氨硼烷的脱氢方式有三种[2]，分别是热分解、水解和醇解。氨硼烷的热分解分三步进行。氨硼烷热分解需要较高的温度，释氢速率较慢，而且会产生一些有毒的副产物，由此可见氨硼烷的热分解并不符合实际应用的要求。

氨硼烷除了热分解产氢外还可以通过醇解来制氢(NH3BH3+4CH3OH→NH4B(OCH3)4+3H2)该反应在室温下及0℃以下，加入合适的催化剂均能发生，且反应副产物可回收利用，反应速率也是可控的，但是醇的使用，增加了反应成本，限制了它的发展。

与其他方法相比较，氨硼烷的水解释氢是最常采用的一种脱氢方式。

NH3BH3+2H2O → NH4++BO2-+3H2

(2)

室温下，氨硼烷不会自身水解，只有加入合适的催化剂，氨硼烷才能快速的释放大量的氢气。研究一种廉价、稳定、高效的催化剂是氨硼烷水解释氢体系中关键的一步。

2　金属催化剂催化氨硼烷水解的原理

到目前为止，还没有一个能够对金属催化剂催化氨硼烷水解都适用的机理。在此介绍两种已报道过的机理。

一种机理认为，氨硼烷分子中的B-N键与催化剂直接作用，在氨硼烷与金属表面形成络合物，之后，水进攻该络合物，B-N键断裂，形成中间体BH3，BH3中的氢显负电性，易水解产生氢气。该机理由Xu等[3]通过把Ni、Co、Cu等金属粒子附载到SiO2,γ-Al2O3，C上来催化氨硼烷水解后提出的。

还有一种机理认为，是氨硼烷与金属催化剂间接作用。氨硼烷中的“NH3”直接与金属催化剂相连，产生质子氢，质子氢与“BH3”中的氢相互作用形成双氢键，双氢键的存在降低了反应的能垒。然后水进攻B-N键就变得容易了。

3　氨硼烷水解释氢催化剂

Xu等[4]最早把贵金属单质Pt、Pd、Rh用作氨硼烷水解释氢的催化剂，研究表明Pt表现出较高的催化活性，而且产氢速率与催化剂的用量有关。金属纳米粒子易团聚使催化效率降低，为了抑制金属纳米粒子的团聚，增加循环使用性能。Xu等报道了把Pt、Pd、Rh、Ru负载到γ-Al2O3、SiO2和C上，研究表明对于氨硼烷水解释氢体系来说，其产氢速率顺序如下Pt/γ-Al2O3>Pt/C>Pt/SiO2。关于贵金属催化剂，如铂、钌、铑、金已被越来越多的科学研究者催化氨硼烷水解释氢。金属纳米粒子比较容易发生团聚，使催化活性降低，为了解决这一问题，研究者们把碳纳米管、石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等用作载体。贵金属催化剂的催化活性是非贵金属催化剂无可比拟的。但是贵金属催化剂的成本高，也限制了它的广泛应用。为了降低成本，研究者们在贵金属中掺杂了非贵金属(Fe、Co、Ni、Cu)，如Ru@Ni/C、Ag@Co/RGO等，已经被用在了氨硼烷水解释氢体系中。掺杂了非贵金属的催化剂，不仅催化活性高，反应的成本也相对降低了。然而，从真正实用的角度出发，许多研究者把焦点集中在寻找催化活性高、廉价的、储量丰富的非贵金属催化剂。近年来，相继报道了很多非贵金属催化剂如镍、钴、铁、铜已被研究并显示出有前途的催化活性。

4　总结和展望

氨硼烷储氢含量高，作为储氢材料的候选人之一。其水解释氢在较温和的条件下就能发生，产生的氢气纯度高，副产物也能回收利用。目前对氨硼烷的研究的热点和难点主要是找到一种低成本，高效，可循环利用的催化剂。

[1]X.D.Kang,Zh.Zh.Fang,L.Y.Kong,et al.Ammonia borane destabilized by lithium hydride: an advanced on-board hydrogen storage material,Adv.Mater.2008,20,2756-2759.

[2]S.Basu,Y.Zheng,J.P.Gore,An experimental study of neat and ionic liquid-aided ammonia borane thermolysis,Journal of Power Sources,2011,196,734-740.

[3]Q.Xu,M.Chandra,Catalytic activities of non-noble metals for hydrogen generation from aqueous ammonia-borane at room temperature,Journal of Power Sources.2006,163,364-370.

[4]M,Chandra,Q,Xu.A high-performance hydrogen generation system:transition metal-catalyzed dissociation and hydrolysis of ammonia-borane,Journal of power sources,2006,156,190-194.

王月影(1992-)，女，云南曲靖人，硕士，研究方向；光催化水解产氢。

TQ116.2

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1671-1602(2016)18-0022-01