氨硼烷

编辑:词条网互动百科 时间:2019-11-02 17:33:41
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氨硼烷是一种特殊的化合物,分子式为NH3·BH3。在氢经济发展的大背景下,氨硼烷作为最基本的硼-氮化合物因其高储氢含量(19.6 wt%)以及室温稳定等特性受到人们的关注。
中文名
氨硼烷
外文名
ammonia borane
别    称
硼烷氨、硼氨烷、硼烷氨络合物
化学式
NH3·BH3
分子量
30.865
CAS登录号
13774-81-7
性    状
白色晶体
密    度
780 mg/mL
熔    点
104.7 ℃
晶    型
I4mm,四方晶系

氨硼烷简介

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氨硼烷(NH3BH3,简称AB)作为一种独特的分子配合物于20世纪50年代在美国火箭高能燃料计划项目中由Shore制得。近些年,由于能源短缺问题不断加重,氨硼烷因其高储氢密度的特性引发了研究者的兴趣(储氢量最高的化学氢化物储氢材料之一)。AB作为潜在固态储氢材料相比于其他储氢材料来说主要有一下特性:首先AB具有高达19.6 wt%的储氢质量分数,并且常温常压下为固态且能稳定存在,不易燃不易爆,在水中具有高的溶解度(33.6g)。[1-2] 

氨硼烷制备方法

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氨硼烷复分解反应

少量氨硼烷可以由硼烷(B2H6)和NH3合成
B2H6+2NH3==2NH3BH3

氨硼烷取代反应

由氨分子取代不同硼烷络合物中弱的路易斯碱后生成氨硼烷[3] 
THF·BH3 + NH3== NH3BH3 + THF
DMA·BH3+ NH3==NH3BH3+ DMA

氨硼烷分解反应

硼氢化二氨二氢合硼DADB 受热分解生成氨硼烷[4] 
[H2B(NH3)2]BH4== 2NH3BH3

  
普渡大学的Herbert C. Brown Center在推动氨硼烷制备方法的创新上做出了诸多贡献[3] 

氨硼烷化学性质

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氨硼烷双氢键

AB分子中与N相连的H 为正电性,与B原子相连的H 为负电性,正电性氢(H)和负电性氢(H)之间存在的静电吸引作用被称作双氢键,以“N-H…H-B”表示。与经典氢键一样,双氢键对化合物分子的空间构象以及物理化学性质影响较大,同时也有助于人们更好的理解相关的反应机理。 例如双氢键N-H…H-B的吸引进一步稳定了整个分子,使之常温常压下为固态,其熔点约高于互为等电子体的乙烷285℃;另外,乙烷脱氢转化为乙烯的过程是一个吸热反应,而AB释氢生成(H2NBH2)n的过程却是一个放热反应,同时N和B键由配位键转换成稳定性更高的共价键。[6-8]  [8] 

氨硼烷氢的释放

AB的释氢方式主要有两种:分别为热解释氢和水解释氢。
(1)热解释氢可释放出三个当量的氢,但存在脱氢温度高、低于100℃时脱氢动力学缓慢并且释放有毒挥发性副产物等问题。
n NH3BH3 → (H2NBH2)n + n H2
(H2NBH2)n → (HNBH)n + n H2
(HNBH)n → (NB)n + n H2
(2)水解释氢方式同样可以释放3个当量的氢气,但是在没有催化剂存在条件下,室温释氢速率非常缓慢。
NH3BH3 + 2H2O → NH4 + BO2 + 3H2

氨硼烷研究近况

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我国沈阳材料科学国家(联合)实验室储氢材料小组在中科院“百人计划”、国家自然科学基金等支持下,自2007年起开展了氨硼烷化合物研究。2011年初,他们采用添加固相反应物方法成功制备出替代型金属氨硼烷化合物LiNH2BH3,有效氢容量大,并且可在100℃下快速放氢,同时有效抑制了杂质气体污染物生成,在综合放氢性能方面接近于满足美国能源部(DOE)2010年车载储氢系统应用目标。 此外,研究小组还提出了一种新化学活化方法,将NH3BH3与适量氢化镁(MgH2)混合球磨,显着改善了材料的放氢性能。[9] 
美国南加州大学助理教授威廉姆斯的研究团队找到一种从硼烷氨中提取和存储氢的化学方法,但释放的氢不足够多,而且一旦释放出氢后,就很难再对其进行循环使用。威廉姆斯及其同事以硼烷氨为核心开发出一种催化剂体系,可以释放足够多的氢,从而使其成为有效的氢能来源。这种催化剂体系在空气中性质稳定,重量轻,而且可重复使用。这是在氢能存储领域取得的突破性进展,具有实用意义。
参考资料
  • 1.    氨硼烷  .维基百科[引用日期2014-12-9]
  • 2.    氨硼烷基化学储氢材料  .知网空间[引用日期2014-12-9]
  • 3.    Chen, Xuenian Bao, Xiaoguang Billet, Beau Shore, Sheldon G Zhao, Ji-Cheng.Large-Scale and Facile Preparation of Pure Ammonia Borane through Displacement Reactions:Chemistry – A European Journal,2012:http://dx.doi.org/10.1002/chem.201201342
  • 4.    Mayer, Erwin.Conversion of dihydridodiammineboron(III) borohydride to ammonia-borane without hydrogen evolution:Inorganic Chemistry,1973:http://dx.doi.org/10.1021/ic50126a060
  • 5.    Ramachandran, P Veeraraghavan Mistry, Hitesh Kulkarni, Ameya S Gagare, Pravin D.Ammonia-mediated, large-scale synthesis of ammonia borane:Dalton Transactions,2014:http://dx.doi.org/10.1039/C4DT02467B
  • 6.    Yao, Yansun Yong, Xue Tse, John S Greschner, Michael J.Dihydrogen Bonding in Compressed Ammonia Borane and Its Roles in Structural Stability:The Journal of Physical Chemistry C,2014:http://dx.doi.org/10.1021/jp509633h
  • 7.    Staubitz, Anne Robertson, Alasdair P M Manners, Ian.Ammonia-Borane and Related Compounds as Dihydrogen Sources:Chemical Reviews,2010:http://dx.doi.org/10.1021/cr100088b
  • 8.    Chen, Xuenian Zhao, Ji-Cheng Shore, Sheldon G.The Roles of Dihydrogen Bonds in Amine Borane Chemistry:Accounts of Chemical Research,2013:http://dx.doi.org/10.1021/ar400099g
  • 9.    新型氨硼烷合物储氢材料研究取得重要进展  .中国科普博览[引用日期2014-12-10]