[发明专利]利用溶剂促使配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法

说明书

技术领域

本发明属于配位铝氢化物和铵盐反应制氢技术领域，特别涉及配位铝氢化物和铵盐在不加热和低温下反应制氢的方法。

背景技术

氢储存是目前氢能经济过渡的主要技术难题之一。目前，储氢技术主要有三种：高压气态储氢、低温液化储氢和固态储氢，相对于高压气态储氢和低温液化储氢，通过氢与材料间的相互作用形成固溶体或氢化物的固态氢储存方式由于其具有较高的安全性和能量密度，是最有发展前景的一种氢储存技术。固态氢储存中，轻质高容量的储氢材料，如硼氢化物、铝氢化物、氮氢化物和氨基硼烷化合物等，理论储氢容量均在5.0wt%以上，最有希望满足美国能源部对车载氢储存体系的要求，但目前尚未有一种材料的综合储氢性能（主要包括体积和重量储氢密度、吸放氢温度、吸放氢速度、循环稳定性以及材料成本）能够满足实用化的要求。这是由于此类储氢材料在用作氢源时，氢脱附方法多为固相热解脱氢，即在加热条件使氢气释放以用作氢源，但它们大多需要100℃以上的高温条件，且存在动力学缓慢等问题，作为储氢材料使用时需要提供额外的热源，能量效率低，不能完全满足车载和移动实用化的要求。

目前已有关于用含有某些合适的配位铝氢化物和铵盐的固体组合物加热至一定温度引起组分间发生固相反应产生氢气的研究，如美国专利（U.S.1973,3,734,863;U.S.1975,3,862,052;U.S.1976,3,977,990;U.S.1976,3,931,395;U.S.1977,4,022,795;U.S.1980,4,231,891;U.S.1982,4,341,65）介绍了碱/碱土金属氢化物和铵盐加热到150℃时能产生氢气。又如摩尔比为1:1的碱金属铝氢化物（MAlH₄，M=Li或Na）和NH₄Cl在加热到170℃时进行固相反应能产生氢气（H.Zhang,Y.S.Loo,H.Geerlings,J.Lin and W.S.Chin,International Journal of Hydrogen Energy2010,35,176-180.）。这些储氢材料的固相热解脱氢均需加热到较高温度，不够经济实用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有固态氢储存技术大多需要高温才能氢脱附的不足，提供一种利用溶剂促使碱金属或碱土金属配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法，这种方法能在不提供额外能源的条件下高效释放氢气。

本发明所述利用溶剂促使配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法，配位铝氢化物的化学式为M(AlH₄)_m，其中M是能形成配位氢化物的碱金属或碱土金属，m是所述碱金属或碱土金属的化合价，铵盐的化学式为(NH₄)_nX，其中X是酸性基团，n是酸性基团的化合价，该方法是将配位铝氢化物、铵盐和溶剂加入反应器中相混合，通过溶剂加速配位铝氢化物与铵盐的反应，其中，配位铝氢化物和铵盐的摩尔比为（0.38～4.55）:1，溶剂的用量为0.4L/mol～100L/mol配位铝氢化物。

该方法不需加热，只要配位铝氢化物和铵盐接触，并有溶剂提供反应环境，即可发生反应产生氢气。

上述利用溶剂促使配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法，配位铝氢化物和铵盐的反应温度根据该方法的主要应用范围（车载氢源、便携式电源、低温供氢）选择在-40℃～85℃，此温度范围与氢燃料电池的工作温度相适应。

上述利用溶剂促使配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法，溶剂的用量优选1～10L/mol配位铝氢化物。

上述利用溶剂促使配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法，溶剂的选择面较广，只要是能够至少部分溶解碱金属或碱土金属配位铝氢化物和铵盐，且不与碱金属或碱土金属配位铝氢化物和铵盐形成强的化学键，也不会在氢解吸过程中被消耗掉的溶剂均可。所述溶剂可以是有机溶剂，包括醚、醛、醇、酮、胺、杂环化合物、酯、有机卤化物或其混合物，也可以是水性溶剂，如水、液氮、离子液体或其混合物。所述溶剂优选四氢呋喃（THF）、乙醚（Et₂O）、乙二醇二甲醚（DME）中的至少一种。当使用两种或两种以上的溶剂时，它们的配比可为任意配比。