氨硼烷

氨硼烷

氨硼烷是一種特殊的化合物，分子式為NH3·BH3。在氫經濟發展的大背景下，氨硼烷作為最基本的硼-氮化合物因其高儲氫含量(19.6 wt%)以及室溫穩定等特性受到人們的關注。

基本介紹

  • 中文名：氨硼烷
  • 外文名：ammonia borane
  • 別稱：硼烷氨、硼氨烷、硼烷氨絡合物
  • 化學式：NH3·BH3
  • 分子量：30.865
  • CAS登錄號：13774-81-7
  • 性狀：白色晶體
  • 密度：780 mg/mL
  • 熔點：104.7 ℃
  • 晶型：I4mm，四方晶系
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簡介

氨硼烷(NH3BH3，簡稱AB)作為一種獨特的分子配合物於20世紀50年代在美國火箭高能燃料計畫項目中由Shore製得。近些年，由於能源短缺問題不斷加重，氨硼烷因其高儲氫密度的特性引發了研究者的興趣（儲氫量最高的化學氫化物儲氫材料之一）。AB作為潛在固態儲氫材料相比於其他儲氫材料來說主要有一下特性：首先AB具有高達19.6 wt%的儲氫質量分數，並且常溫常壓下為固態且能穩定存在，不易燃不易爆，在水中具有高的溶解度（33.6g）。
氨硼烷

製備方法

複分解反應

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

取代反應

由氨分子取代不同硼烷絡合物中弱的路易斯鹼後生成氨硼烷
THF·BH3 + NH3== NH3BH3 + THF
DMA·BH3+ NH3==NH3BH3+ DMA

分解反應

硼氫化二氨二氫合硼DADB 受熱分解生成氨硼烷
[H2B(NH3)2]BH4== 2NH3BH3

普渡大學的Herbert C. Brown Center在推動氨硼烷製備方法的創新上做出了諸多貢獻。

化學性質

雙氫鍵

AB分子中與N相連的H 為正電性，與B原子相連的H 為負電性，正電性氫(H)和負電性氫(H)之間存在的靜電吸引作用被稱作雙氫鍵，以“N-H…H-B”表示。與經典氫鍵一樣，雙氫鍵對化合物分子的空間構象以及物理化學性質影響較大，同時也有助於人們更好的理解相關的反應機理。 例如雙氫鍵N-H…H-B的吸引進一步穩定了整個分子，使之常溫常壓下為固態，其熔點約高於互為等電子體的乙烷285℃；另外，乙烷脫氫轉化為乙烯的過程是一個吸熱反應，而AB釋氫生成(H2NBH2)n的過程卻是一個放熱反應，同時N和B鍵由配位鍵轉換成穩定性更高的共價鍵。
氨硼烷

氫的釋放

AB的釋氫方式主要有兩種：分別為熱解釋氫和水解釋氫。
（1）熱解釋氫可釋放出三個當量的氫，但存在脫氫溫度高、低於100℃時脫氫動力學緩慢並且釋放有毒揮發性副產物等問題。
n NH3BH3 → (H2NBH2)n + n H2
(H2NBH2)n → (HNBH)n + n H2
(HNBH)n → (NB)n + n H2
（2）水解釋氫方式同樣可以釋放3個當量的氫氣，但是在沒有催化劑存在條件下，室溫釋氫速率非常緩慢。
NH3BH3 + 2H2O → NH4++ BO2- + 3H2

研究近況

我國瀋陽材料科學國家（聯合）實驗室儲氫材料小組在中科院“百人計畫”、國家自然科學基金等支持下，自2007年起開展了氨硼烷化合物研究。2011年初，他們採用添加固相反應物方法成功製備出替代型金屬氨硼烷化合物LiNH2BH3，有效氫容量大，並且可在100℃下快速放氫，同時有效抑制了雜質氣體污染物生成，在綜合放氫性能方面接近於滿足美國能源部（DOE）2010年車載儲氫系統套用目標。 此外，研究小組還提出了一種新化學活化方法，將NH3BH3與適量氫化鎂（MgH2）混合球磨，顯著改善了材料的放氫性能。
美國南加州大學助理教授威廉士的研究團隊找到一種從硼烷氨中提取和存儲氫的化學方法，但釋放的氫不足夠多，而且一旦釋放出氫後，就很難再對其進行循環使用。威廉士及其同事以硼烷氨為核心開發出一種催化劑體系，可以釋放足夠多的氫，從而使其成為有效的氫能來源。這種催化劑體系在空氣中性質穩定，重量輕，而且可重複使用。這是在氫能存儲領域取得的突破性進展，具有實用意義。

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