[发明专利]高容量有机‑无机复合储氢材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料、储氢材料及能源领域，具体的是指一种高容量有机-无机复合储氢材料及其制备方法。

背景技术

氢气储量丰富、燃烧效率高、无污染，被誉为21世纪的绿色能源载体。氢能的开发利用涉及到氢的制备、储存、输运以及应用四大关键技术。然而，由于氢是所有元素中最轻的，在常温常压下为气态，密度仅为0.0899kg/m³，是水的万分之一，因此氢气的高密度储存一直是一个世界级难题。高效、安全、经济的氢气储存技术已成为氢能利用走向实用化、规模化的瓶颈，限制了氢能的利用。

目前，除金属氢化物外，大量的复杂体系，如化学氢化物、配位氢化物、氨硼烷化合物和介孔材料等均被纳为研究对象。其中，氨硼烷化合物(NH₃BH₃，AB)是近年来受到密切关注的一种新型化学氢化物储氢材料。它具有超高氢密度(19.6wt％)，兼具热稳定性适中和化学稳定性良好等优点，颇具车载氢源应用前景。纯NH₃BH₃的热解放氢存在放氢动力学缓慢、杂质气体污染物释放等关键问题。中科院金属所王平研究员采用固相反应法成功制备出替代型金属氨硼烷化合物LiNH₂BH₃。该化合物在保持高储氢容量的同时(>10wt％)，具有优异的可控放氢性能，可于100℃下快速放氢>6wt％，同时有效抑制杂质气体污染物生成。

专利201210347088公开了一种高容量高分子聚合物储氢材料及其制备方法，它包括作为主链的线形高分子聚合物和由其侧链和/或末端基团经多胺类化合物胺基化后再和硼氢化物反应而接枝于其侧链和/或末端上的氨硼烷衍生物。但是这些聚合物比较容易团聚，在放氢过程中放氢速率较慢。专利200680021474公开了一种复合储氢材料及与其相关的方法，这种材料包括一种活性材料颗粒和粘合剂，这种粘合剂能够将活性材料颗粒充分固定以维持所述活性材料颗粒之间的相对空间关系。这种复合储氢材料所用的活性材料颗粒主要是金属氢化物及其结合物、多孔无机物等。其活性材料决定了这种复合储氢材料的储氢容量较低，限制了其在工业中的应用，这些都限制了储氢材料的发展。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种高容量有机-无机复合储氢材料，以克服现有储氢材料分散性能差、易团聚、储氢效率低、放氢速率慢的缺陷。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述有复合储氢材料的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高容量有机-无机复合储氢材料，由无机多孔材料和均匀分散于该无机多孔材料孔隙中的有机材料组成，所述无机多孔材料为多孔二氧化硅或氧化铝，孔径为0.5～20nm，比表面积为300～500m²/g，所述有机材料包括作为主链的高分子聚合物和由其侧链和/或末端基团经多胺类化合物胺基化后再和硼氢化物反应而接枝于其侧链和/或末端上的氨硼烷衍生物。

按上述方案，有机-无机复合储氢材料中，有机材料的重量百分比为：20～80％，余量为无机多孔材料。

按上述方案，所述的作为主链的高分子聚合物为两亲性含有胺基的聚合物，所述两亲性含有胺基的聚合物包括但不限于PEI(聚乙烯亚胺)、PEO(聚环氧乙烷)-PEI、PEI-PEO-PEI和PAH(多环芳烃)，所述PEI可以是线形的也可以是支链型的；所述高分子聚合物侧链和/或末端基团胺基化所用的多胺类化合物包括但不限于：胍、乙二胺、二乙烯三胺。

按上述方案，所述的作为主链的高分子聚合物的分子量为5000～50000；所述氨硼烷衍生物在有机-无机复合储氢材料中的含量为10～60wt％。

按上述方案，所述无机多孔材料的形状为球形，孔径为5～10nm，孔容为0.1～1.5cm³/g，比表面积为350～450m²/g。

为解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

1)原料选取：选取无机多孔材料前驱体及模板剂备用，所述无机多孔材料前驱体为正硅酸乙酯或硝酸铝，所述模板剂为两亲性含有氨基的聚合物和小分子的十六烷基溴化铵；

2)将模板剂溶解在乙醇溶剂中，然后在25～100℃下向上述溶液中加入无机多孔材料前驱体，恒温搅拌3～24小时，过滤去掉滤液；

3)向滤渣中加入溴乙醇和碱金属盐的水溶液，在pH值7～8.5，温度25～100℃下，恒温搅拌1～3小时；