水素の結合状態変化に基づく新規錯体水素化物の創製とエネルギー関連機能の評価

基于氢键状态变化的新型复合氢化物的创建和能量相关功能的评估

基本信息

批准号：
15J10604
负责人：
李関喬
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、5mass%以上の水素密度を有し、室温に近い温度領域で脱水素化・再水素化できる固体水素貯蔵材料を創出することを目的として、ホウ素系錯体水素化物MBH4 (M = Li, Na, K)と遷移金属系錯体水素化物Mg2FeH6との複合材料（MBH4－Mg2FeH6）をメカニカルミリング法を用いて合成し、脱水素化・再水素化反応に対する複合化効果や錯イオンの特性と熱力学的安定性との相関を解明する研究に取り組んだ。ホウ素系錯体水素化物MBH4は7~18mass%の高い水素密度を有するが、錯イオンBH4において水素がホウ素原子と強固に共有結合していることに起因し、脱水素化温度は400℃以上と高い。本研究では、Mg2FeH6との複合化により、その脱水素化温度がそれぞれ約150から200℃程度も低下する特筆すべき現象を見出した。粉末X線回折測定ならびに各種熱分析測定の結果からは、脱水素化温度に至るまで新たな水素化物相などの形成は確認できなかったが、熱力学的安定性の差が大きいMBH4とMg2FeH6とが複合化後に同じ温度域で脱水素化することが判明した。上記の複合化効果を詳細に評価するため、モデル系としてMをLiに選定した複合材料（LiBH4－Mg2FeH6）で熱重量・質量分析や圧力・組成・等温測定を用いて反応過程での錯イオン間の水素交換や熱力学パラメーターの解明の研究を進めた。その結果、複合材料ではミリングや加熱過程において2種類の錯イオン間で活発な水素交換が行われることやLiBH4だけではなくMg2FeH6も熱力学的に不安定化されることで脱水素化反応が促進されること、組成比の最適化による脱水素化に加えて再水素化反応も促進され、複合材料は繰り返し水素を吸蔵・放出しても水素容量の減少がなかったこと、などを実験から明らかとし、それに基づいてモデル系での複合化効果を提案した。

In this study, we synthesized a composite material (MBH4-Mg2FeH6) of a boron-based complex hydride MBH4 (M = Li, Na, K) and a transition metal complex hydride Mg2FeH6 using mechanical milling method, with the aim of creating a solid hydrogen storage material with a hydrogen density of 5 mass% or more and capable of dehydrogenation and rehydrogenation at a temperature range close to room temperature, using mechanical铣削方法，并研究了研究，以阐明络合对脱氢和再氢化反应的影响以及复杂离子的性质与热力学稳定性之间的相关性。基于硼的氢化物MBH4的高氢密度为7至18质量％，但是由于氢与复合物离子BH4中氢与硼原子的共价键合，脱氢温度在400°C或更高。在这项研究中，我们发现了一种值得注意的现象，其中脱氢温度与MG2FeH6结合时，脱氢温度下降了约150至200°C。粉末X射线衍射测量结果和各种热分析测量结果表明，在达到脱氢温度的温度之前，无法确认新氢化物相等的形成，但是发现MBH4和MG2FEH6在同一温度范围内在同一温度范围内脱氢范围有很大的MBH4和MG2FEH6。 To evaluate the above-mentioned composite effect in detail, research was conducted on a composite material (LiBH4-Mg2FeH6) with M selected as the model system (LiBH4-Mg2FeH6) to clarify the hydrogen exchange between complex ions during the reaction process and thermodynamic parameters using thermogravimetric and mass spectrometry, pressure, composition and isotherm measurements.结果，实验表明，在复合材料中铣削和加热过程中两种类型的复合离子之间发生主动氢交换，不仅是LIBH4，而且MG2FEH6是热力学的稳定性，从而促进了脱氢反应，除了优化脱水材料外，还可以促进组成比，并在组成比的脱水范围内促进，并降低了氢化均匀的反应，并促进了氢化的含量。被反复吸收并释放。基于此，我们提出了在模型系统中组合的效果。