液體有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫材料

1、液態(tài)有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)名稱(chēng)：液態(tài)有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)1研究背景隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類(lèi)正面臨著如何滿(mǎn)足能源快速需要的同時(shí)，而不進(jìn)一步耗竭、破環(huán)我們生存環(huán)境的重大問(wèn)題。氫能源是一種來(lái)源豐富、清潔、高效、用途廣泛的“綠色能源”，將氫作為能量載體儲(chǔ)存起來(lái)，被認(rèn)為是解決能源問(wèn)題的最佳方案。近年來(lái)，氫能的開(kāi)辟和利用受到美、日、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，大量資金已投入到氫能開(kāi)辟和利用的探索中；日前，我國(guó)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議討論通過(guò)了《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興

2、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，明確了七大新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，其中，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)作為七大產(chǎn)業(yè)之一被單列出來(lái)，而氫能源動(dòng)力汽車(chē)因其節(jié)能環(huán)保的明顯優(yōu)勢(shì)成為新亮點(diǎn)。氫能體系主要包括氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸、應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)，而氫能的儲(chǔ)存是關(guān)鍵，也是目前氫能應(yīng)用的主要技術(shù)障礙。所有元素中氫的重量最輕，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，它的密度為0.0899gL，為水的密度的萬(wàn)分之一。在252.7℃時(shí)，可以為液體，密度70gL，僅為水的十五分之一。所以氫氣可以?xún)?chǔ)存，但是很難高密度的儲(chǔ)存。

3、國(guó)際能源署規(guī)定實(shí)用的儲(chǔ)氫系統(tǒng)其質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度必須達(dá)到5wt%而且體積儲(chǔ)氫密度也要求大于40kgm3。美國(guó)能源部（DOE）提出的車(chē)載氫源的質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度和體積儲(chǔ)氫密度分別為6.5wt%和62kgm3。目前報(bào)道較多的儲(chǔ)氫方法主要有低溫液態(tài)儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、金屬合金儲(chǔ)氫、碳材料吸附儲(chǔ)氫、化學(xué)氫化物儲(chǔ)氫和金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）儲(chǔ)氫等方法。這些方法都取得了一定進(jìn)展但還需要從質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度、體積儲(chǔ)氫密度、能量效率、安全、成本等方面進(jìn)一步考慮。因此

4、，尋找高效低成本且又能規(guī)?；玫膬?chǔ)氫方法就成為關(guān)鍵。近年來(lái)，基于化學(xué)反應(yīng)法的液體有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)以其儲(chǔ)氫量大、能量密度高、液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)安全方便等優(yōu)點(diǎn)引起了很多國(guó)家的關(guān)注，該技術(shù)被認(rèn)為是液化或者高壓儲(chǔ)氫的替代方法，有望在未來(lái)氫能儲(chǔ)運(yùn)中發(fā)揮重要作用。2研究?jī)?nèi)容不飽和芳烴與對(duì)應(yīng)氫化物（環(huán)烷烴），如苯環(huán)己烷、甲基苯甲基環(huán)己烷等有機(jī)物可以在不破壞碳環(huán)的主體結(jié)構(gòu)下加氫和脫氫，這是結(jié)構(gòu)非敏感的反應(yīng)，在C—H鍵斷裂的同時(shí)不影響C—C骨架的結(jié)構(gòu)而且反應(yīng)是

5、可逆的。通過(guò)進(jìn)一步提高脫氫轉(zhuǎn)化率和選擇性以達(dá)到循環(huán)利用儲(chǔ)氫介質(zhì)的目的，實(shí)現(xiàn)可逆儲(chǔ)氫的目的。這里，通過(guò)化學(xué)鍵的加氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氫的儲(chǔ)存，通過(guò)C—H鍵斷裂的脫氫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)氫的釋放。圖1為以環(huán)己烷為代表的液體有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫反應(yīng)框架圖。圖1以環(huán)己烷為代表的反應(yīng)框圖該技術(shù)的瓶頸是如何開(kāi)發(fā)高轉(zhuǎn)化率、高選擇性和穩(wěn)定性的脫氫催化劑。脫氫反應(yīng)是強(qiáng)吸熱的非均相反應(yīng)需要在低壓高溫非均相條件下反應(yīng)，脫氫催化劑在高溫條件下容易發(fā)生孔結(jié)構(gòu)破壞、結(jié)焦失活等現(xiàn)象，不僅其活性

6、隨著反應(yīng)的進(jìn)行而降低，而且有可能因?yàn)榻Y(jié)焦而造成反應(yīng)器堵塞。還有，脫氫過(guò)程也可能發(fā)生副反應(yīng)如氫解反應(yīng)，使環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氫化物轉(zhuǎn)化為C1—C5的低分子有機(jī)物。因此，實(shí)現(xiàn)可逆循環(huán)利用環(huán)烷烴用于儲(chǔ)氫的關(guān)鍵在于脫氫過(guò)程。如何減少貴金屬催化劑的使用，降低脫氫催化劑的成本，同時(shí)使催化劑具有高轉(zhuǎn)化率、高穩(wěn)定性、抗結(jié)焦失活、可循環(huán)利用等特性，就成為這一技術(shù)的關(guān)鍵所在。同時(shí)，由于該反應(yīng)是強(qiáng)吸熱的非均相反應(yīng)，受平衡限制，因而還需選擇合適的反應(yīng)模式，優(yōu)化反應(yīng)條件，

7、以解決傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題。3研究目標(biāo)以環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、苯、甲苯等作為液體有機(jī)儲(chǔ)氫材料，開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)適用的的脫氫催化劑，達(dá)到高效、低溫、長(zhǎng)壽命的效果；液體有機(jī)儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫量高于6wt%，儲(chǔ)氫密度高于50kgm3。4應(yīng)用方向1）利用液體氫化物儲(chǔ)氫為汽車(chē)提供燃料，此功能燃料具有來(lái)源廣泛、燃燒時(shí)無(wú)有害物質(zhì)釋放等優(yōu)點(diǎn)。該應(yīng)用設(shè)想在1980年由Taube提出，并通過(guò)了分析、論證。2）我國(guó)水電資源分布不均，用電高峰時(shí)間不同，可利用液體氫化物儲(chǔ)

8、氫材料將用電低峰期的電能以氫能的形式儲(chǔ)存起來(lái)，在用電高峰期時(shí)再加以釋放。目前有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫技術(shù)吸、放氫工藝復(fù)雜，有機(jī)化合物循環(huán)利用率低，釋氫效率（特別是低溫釋氫效率）還有待提高，還有許多技術(shù)問(wèn)題尚未解決，但是，此類(lèi)材料儲(chǔ)氫量大、能量密度高、儲(chǔ)運(yùn)安全方便等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為在未來(lái)規(guī)?；瘍?chǔ)運(yùn)氫能方面有廣闊的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)多家高校，如中國(guó)石油大學(xué)、浙江大學(xué)等，在該儲(chǔ)氫材料方向上已有相關(guān)研究，所里可與高校進(jìn)行合作，也可利用自身科研優(yōu)勢(shì)進(jìn)行獨(dú)立研究