CN104760934A - GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用，本发明提供GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用。GaH3金属氢化物团簇通过1∶1摩尔的(H2GaCl)2与LiGaH4在真空无溶剂的条件下制得。本发明的有益效果是本发明材料可在较温和的条件下实现储放氢气的过程，可有效降低材料的储存成本。

Description

GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，涉及GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用。
背景技术
由于石油等资源储量有限，加之保护环境的要求，改变能源的构成已成为迫切的问题。氢是自然界中最普遍的元素，资源无穷无尽，不存在枯竭问题；氢的热值高，燃烧产物是水-零排放，无污染，可循环利用；氢能的利用途径多-燃烧放热或电化学发电；氢的储运方式多-气体、液体、固体或化合物；这使关于氢能的研究更具重要性。氢的利用主要包括氢的生产、储存和应用三个方面，而氢储存是其中的关键(Science，2003，300，1127)。
理想的储氢材料一般应满足以下两个要求：1)高的重量和体积储存密度；2)氢气分子与材料的结合能在0.2-0.6eV之间，以满足氢气在常温、常压下可逆吸放的条件。(Int.J.Hydrogen Energy，2011，36，11810-11814)。氢气是一种携带极不方便的小分子，有非常难以控制的逃逸性能。无论是液态氢或者压缩氢都面临着物理规律定义的极限和障碍。现有储氢材料的储氢量都难以满足实用化的要求(Materialstoday，2003，6，24)。
近几年来，金属氢化物、配位氢化物、金属有机框架(MOFs)及碳基材料是研究比较广泛的几种储氢材料。金属氢化物储氢是在一定温度和压力下，氢气分子在合金表面分解成氢原子，并以原子形式迅速进入合金体系的晶格间隙中形成金属氢化物。储氢合金可以在其晶体的晶格间隙中大量储存氢原子，可储存相当于自身体积上千倍的氢气。然而，合金储氢存在着两个缺点，一是由于合金本身自重较大，虽然其存储氢气的体积密度较大，但是质量密度较小；二是氢气在合金上以原子形态储存，这使得释放氢气的难度很大，一般需在高温条件下才能进行。
配位氢化物储氢一般由碱金属(Li、Na、K)或碱土金属(Mg、Ca)与第三主族元素(B、Al)形成，其优点在于理论储氢容量高，LiBH4理论值18wt％；目前存在的主要问题是材料释放氢气后，再氢化较难，重复使用性能较差，LiAlH4在TiCl3、TiCl4等催化下180℃，8MPa氢压下获得5wt％的可逆储放氢容量。MOFs和碳基材料储氢是一种固态储氢，具有便于携带，安全性能良好的优点，但是材料与氢气的结合能较低(一般为～0.03eV)，使得材料的储氢性能一般需在低温下(液氮温度(77K)或者更低温度)才能实现。这大大增加了其使用成本和安全性。以上方法存在高压、低温、对装置要求苛刻，危险性大等缺点。本发明采用的材料储氢方式的条件有所改善，其存储氢气的温度在-30℃左右，比MOFs和碳基材料高出很多；其释氢过程可在常温、常压条件下进行，优于一般的金属氢化物在高温下释氢的条件。因此该发明所涉及的储氢材料比现有储氢材料具有更大的 实用潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用，其主要优点在于可以在常温、常压下释放氢气。解决了现有金属氢化物需在高温或者催化剂存在条件下释放氢气的问题。
本发明提供GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用。
进一步，所述GaH3金属氢化物团簇通过1∶1摩尔的(H2GaCl)2与LiGaH4在真空无溶剂的条件下制得。
进一步，所述[H2GaCl]2由以下反应制备：
Ga2Cl6+4Me3SiH→(H2GaCl)2+4Me3SiCl。
本发明的有益效果是本发明材料可在较温和的条件下实现储放氢气的过程，可有效降低材料的储存成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明所涉及到的(GaH3)n金属氢化物团簇通过选择该金属的一氯代镓烷(H2GaCl)2与1∶1摩尔的LiGaH4在真空无溶剂的条件下制得。
其中[H2GaCl]2可由以下反应制备：
Ga2Cl6+4Me3SiH→(H2GaCl)2+4Me3SiCl 
本发明主要是对其作为储氢的应用做了研究。基于第一性原理计 算表明，该金属形成稳定的团簇结构，理论计算无虚频。与氢气结合时形成多中心的金属氢键，其键长为174pm。该金属氢化物团簇[GaH3]n稀酸猛烈反应，同时逸出氢气。在真空下加热至90℃开始释放出氢气，在320～380℃下多团簇完全分解为镓和氢气。
[GaH3]n团簇释出氢气的反应为：
该金属氢化物的优点还在于，其价格相对低廉，制备方法简单。作为储氢材料应用的特点在于，其储氢质量分数即材料所储存的氢气的质量与材料本身质量的比值高达4wt％以上，且可以在常温下释放出氢气。预期将会有巨大的市场潜力和商业价值。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用。
2.按照权利要求1所述GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用，其特征在于：所述GaH3金属氢化物团簇通过1∶1摩尔的(H2GaCl)2与LiGaH4在真空无溶剂的条件下制得。
3.按照权利要求2所述GaH3金属氢化物团簇作为储氢材料的应用，其特征在于：所述(H2GaCl)2由以下反应制备：
Ga2Cl6+4Me3SiH→(H2GaCl)2+4Me3SiCl。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101489913A (zh) * 2006-07-10 2009-07-22 科学技术设备委员会 产生(nh2(r2))和/或氢的方法

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Non-Patent Citations (1)

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Title
顾学民等: "《无机化学丛书 第二卷 铍 碱土金属 硼 铝 镓分族》", 31 October 1998, 科学出版社 *

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