CN101746727B - 一种制备LiBH4·xNH3化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属材料制备技术领域，具体涉及一种工艺简单的新型轻金属氨络合物-纯LiBH4·xNH3(3≥x＞0)的制备方法。本发明在无水无氧的气氛下，使NH3与纯LiBH4或其溶液接触反应，通过控制反应条件制备或对产物进行处理，制备不同x值的LiBH4·xNH3。本发明方法具有工艺简单，合成方便；工艺对设备要求不高，易于实现的显著优点，本发明合成制得的LiBH4·xNH3可做为潜在的储氢材料及其它用途材料，能满足有关生产科研需求。
Description
技术领域
本发明属材料制备技术领域，具体涉及一种制备LiBH4·xNH3(3≥x＞0)化合物的方法。
背景技术
能源问题是我国和当今世界共同面临的一大问题。随着国民经济的发展和城市化建设的深入，能源问题对经济发展和人民生活质量提高方面的制约日益明显。目前能源的主体是不可再生资源的化石燃料，但将其作为能量源存在诸多不足：首先，这种利用形式产生的经济效益很低；其次，化石燃料在产能过程将伴随多种形式的污染；再者，随着其储量的不断枯竭，其作为能量形式消耗为其它方面的应用带来了若干压力。氢能具备能量密度高，清洁无污染，可再生，便于能量形式转化等优点，是能源最理想的载体，成为了有关研究开发方面的一个研究热点。
在氢能体系中储氢研究的重点是开发能够满足燃料电池应用需要的新型高容量储氢材料，其技术指标是储氢重量比6％以上。随着氢经济的发展，已有许多储氢材料不断被开发出来，如合金，轻金属氢化物，碳纳米管等。现有技术多方研究发现，同一分子中含有正价氢与负价氢的物质具有优越的放氢性能。这类物质中有代表性的物质为硼烷氨(NH3BH3)及系列物质如LiNH2BH3，和轻金属氢化物氨络合物如Mg(BH4)2·2NH3。NH3BH3(氢含量，19.6wt％)可以在100℃以下缓慢放氢，其中的LiNH2BH3(氢含量，13.6wt％)可以在100℃以较快的速度放出7wt％的氢气，Mg(BH4)2·2NH3(氢含量，16.0wt％)在150℃时就开始分解释放氢气。与本发明相关的现有技术有如下参考资料：
[1.Xiangdong Kang，Zhanzhao Fang，Lingyan Kong，Huiming Cheng，etc.Ammonia BoraneDestabilized by Lithium Hydride：An Advanced On-Board Hydrogen Storage material.Advance.Material.2008，20，2756-2759.
2.Zhitao Xiong，Chaw Keong Yong，Guotao Wu，etc.High-capacity hydrogen storage inlithium and sodium amidoboranes.Nature materials，2008，17，138-141.
3.Grigorii Soloveichik，Jae-Hyuk Her，Peter W.Stephens，Yan Gao，Job Rijssenbeek，MattAndrus，and J.-C.Zhao.Ammine Magnesium Borohydride Complex as a New Material forHydrogen Storage：Structure and Properties of Mg(BH4)2·2NH3.Inorganic Chemistry，2008，47，4290-4298.]
发明内容
本发明目的是提供一种工艺简单的新型轻金属氨络合物-纯LiBH4·xNH3(3≥x＞0)的制备方法，本发明合成制得的LiBH4·xNH3可做为潜在的储氢材料及其它用途材料，能满足有关生产科研需求。
本发明目的通过下述技术方案实现：
在无水无氧的气氛下，使NH3与纯LiBH4或其溶液接触反应，通过控制反应条件制备或对产物进行处理，制备不同x值的LiBH4·xNH3。其主要的技术特征是：
1)反应在无水无氧的气氛下进行；。
2)制备LiBH4·xNH3可以用NH3直接与LiBH4反应，也可以对反应产物进行处理获得不同物质组成的产物；
3)反应用LiBH4可以是固态纯物质，也可以是其溶液；
4)通过控制反应条件制备LiBH4·xNH3时，主要是控制NH3的用量或反应时间实现；
5)对产物进行处理，制备LiBH4·xNH3时，通过控制LiBH4·xNH3与LiBH4的配比，或对LiBH4·xNH3加热度，抽真空温度、时间控制产物的组成。
本发明方法采用NH3与纯LiBH4或其溶液接触反应，通过控制反应条件或对产物进行处理，制得不同x值的LiBH4·xNH3。
本方法将氨气直接通到纯LiBH4上或其溶液中进行反应；将产物与LiBH4反应或用加热、抽真空的方式促使产物发生分解；
上述制备涉及到的反应主要有：
LiBH42NH3+LiBH4→2LiBH4·NH3 (4)
上述制备反应中可以采用固态纯LiBH4，也可以用LiBH4的溶液，本方法优选固态LiBH4；溶解所述LiBH4的溶剂可选自四氢呋喃，甲基四氢呋喃或醚类物质如异丙醚，乙醚，甲硫醚，二甲基硫醚，甲基叔丁基醚，乙二醇二甲醚等，上述溶剂使用前应保证不含水、氧及易与原料反应的杂质。
本方法在无水无氧的气氛下进行，如真空或氮气，氩气等惰性气氛。
本方法所述的控制反应条件主要是用过控制NH3的用量或反应时间实现。
所述的对产物进行处理，主要用高氨含量的LiBH4·xNH3制备低氨含量的化合物，如将高氨含量的LiBH4·xNH3与LiBH4反应，或将其用真空、加热方式等方式使氨分解脱离。
通过反应控制条件制备LiBH4·xNH3(1≥x＞0)时，温度不高于150℃，反应时间不少于5分钟；制备LiBH4·xNH3(2≥x＞1)时，温度不高于60℃，反应时间不少于20分钟；制备LiBH4·xNH3(3≥x＞2)时，温度不高于40℃，反应时间不少于30分钟。
本方法采用纯LiBH4通过控制反应条件制备LiBH4·xNH3时需保证LiBH4与氨充分接触，如使LiBH4充分分散或进行搅动。
本方法产物进行处理，制备LiBH4·xNH3时，通过控制LiBH4·xNH3与LiBH4的配比，或对LiBH4·xNH3加热温度，抽真空温度时间进行控制，以得到不同组成的产物。
本方法对产物进行处理，制备LiBH4·xNH3(1≥x＞0)时，温度不高于150℃，反应时间不少于30分钟；制备LiBH4·xNH3(2≥x＞1)时，温度不高于60℃，反应时间不少于30分钟；制备LiBH4·xNH3(3＞x＞2)时，温度不高于40℃，反应是时不少于30分钟。
本发明方法具有如下显著优点：工艺简单，合成方便；工艺对设备要求不高，易于实现。
附图说明：
图1是LiBH4·NH3的XRD谱图。
图2是LiBH4·NH3的的热分析谱图。
图3是LiBH4·2NH3的红外谱图。
图4是LiBH4·2NH3的的热分析谱图。
具体实施方式
实施例1制备LiBH4·NH3
室温25℃下，将1g LiBH4在氩气中放入到Schlenk试管中，将试管抽真空后，缓慢通入氨气，达到0.8atm时停止通入氨气，反应20分钟后将试管抽至真空状态，持续真空3小时后停止反应，将产物于氩气中取出即主要为LiBH4·NH3(图1为所得产物的XRD谱图；图2为产物的热分析谱图)。
实施例2制备LiBH4·2NH3
室温25℃下，将1g LiBH4在氩气中放入到Schlenk试管中，将试管抽真空后，缓慢通入氨气，达到0.8atm时停止通入氨气，反应30分钟后将产物于氩气中取出即主要为LiBH4·2NH3(图3为所得产物的红外谱图；图4为产物的热分析谱图)。
实施例3制备LiBH4·3NH3
室温25℃下，将1g LiBH4在氩气中放入到Schlenk试管中，将试管抽真空后，缓慢通入氨气，达到0.8atm时停止通入氨气，反应30分钟后将液体产物沿管壁旋转铺展，液体完全转化为固体后静置30分钟后于氩气中取出即主要为LiBH4·3NH3。
实施例4反应法制备LiBH4·NH3
室温25℃下，在氩气中取0.66g LiBH4·NH3与0.10g LiBH4至Schlenk试管中，混合均匀后，密封试管，静置12小时后，即得产物LiBH4·NH3。
Claims (4)
1.一种制备LiBH4·xNH3化合物的方法，其特征是在无水无氧气氛下，使NH3与纯LiBH4或其溶液接触反应，通过控制反应条件制备或对产物进行处理，制备不同x值的LiBH4·xNH3；其中3≥x＞0，
所述的控制反应条件是将氨气直接通到纯LiBH4上或其溶液中进行反应，控制NH3的用量或反应时间：
控制反应条件制备LiBH4·xNH31≥x＞0时，温度不高于150℃，反应时间不少于5分钟；制备LiBH4·xNH32≥x＞1时，温度不高于60℃，反应时间不少于20分钟；制备LiBH4·xNH33≥x＞2时，温度不高于40℃，反应时间不少于30分钟；
所述的对产物处理是将产物与LiBH4反应，通过控制LiBH4·xNH3与LiBH4的配比，或用加热、抽真空的方式使产物发生分解，对LiBH4·xNH3加热温度，抽真空温度时间进行控制：对产物进行处理制备LiBH4·xNH31≥x＞0时，温度不高于150℃，反应时间不少于30分钟；制备LiBH4·xNH32≥x＞1时，温度不高于60℃，反应时间不少于30分钟；制备LiBH4·xNH33＞x＞2时，温度不高于40℃，反应时间不少于30分钟；
上述制备所涉及到的反应包括：
LiBH42NH3+LiBH4→2LiBH4·NH3(4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述LiBH4为固态纯LiBH4或LiBH4的溶液；其中溶解LiBH4的溶剂选自四氢呋喃，甲基四氢呋喃或醚类物质。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述醚类物质选自异丙醚，乙醚，甲硫醚，甲基叔丁基醚或乙二醇二甲醚。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述反应气氛为真空或氮气或氩气气氛。
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