アンモニアボラン・金属新規水素貯蔵物質の第一原理計算と実験による探索

通过第一性原理计算和实验探索氨硼烷/金属新型储氢材料

• 批准号: 15J00486
• 负责人: 中川 祐貴
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hokkaido 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00486/
• 关键词: 水素貯蔵材料; 機械学習; アンモニアボラン; ナトリウムアラネート; 電気陰性度; ボールミリング

本年度は、①機械学習により、アンモニアボラン(AB)-金属複合物質の水素放出温度を予測した。ABと51種類の金属種の複合物質の水素放出温度(実験値)、金属種の物性値、添加量、ミリング時間等を用いてデータベースを作製した。データベースはサポートベクターマシンにより学習させ、AB-CuCl2複合物質の放出温度の予測を試みた。結果、機械学習の予測温度域は実験値と一致し、放出温度低下のためのCuCl2添加量のしきい値が8-9mol%であることが分かった。よって、機械学習により、金属種の最適添加量を予測できる可能性が示された。本テーマについて、国内学会(1件)と国際誌(1件)での発表を行った。また、②AB-ナトリウムアラネート(NaAlH4)の複合物質を作製し、その局所構造、水素放出特性、放出プロセスについて調査した。ABとNaAlH4をモル比4:1でミリングすることにより、Na[Al(NH2BH3)4]が生成することが判明した。構造調査より、Na[Al(NH2BH3)4]は、NaBH4固相とAl,N,B,Hを含む固相(非晶質)に分解することが判明した。Na[Al(NH2BH3)4]は260℃までに2段階の水素放出反応があり、1段階目では副生成ガスも発生したが、2段階目ではその発生は抑制された。また、モル比1:1の複合物質では、ミリングの雰囲気（ArまたはH2)により、反応経路が変わることを明らかにした。このように、AB-NaAlH4複合物質の水素貯蔵物質としての特性や放出反応の経路について、知見を得た。本テーマについて、国際学会(2件、うち1件招待講演)と国際誌(1件)での発表を行った。

今年，我们利用机器学习来预测氨硼烷（AB）-金属复合材料的氢释放温度。使用AB与51种金属的复合材料的氢释放温度（实验值）、金属的物理性能值、添加量、研磨时间等创建数据库。使用支持向量机对数据库进行训练，并尝试预测AB-CuCl2复合材料的释放温度。结果，机器学习预测的温度范围与实验值相符，发现CuCl2添加量降低释放温度的阈值为8-9 mol%。因此，机器学习已显示出预测要添加的最佳金属种类数量的可能性。该主题在国内学术会议（1个）和国际期刊（1个）上发表。此外，我们还创建了AB-铝氢化钠（NaAlH4）复合材料，并研究了其局部结构、氢释放特性和释放过程。结果发现，AB和NaAlH4以4:1的摩尔比研磨可生成Na[Al(NH2BH3)4]。结构研究表明，Na[Al(NH2BH3)4]分解成NaBH4固相和含有Al、N、B和H的固相（无定形）。 Na[Al(NH2BH3)4]在高达260℃的温度下发生两步放氢反应，第一步也产生副产物气体，但在第二步中副产物气体的生成被抑制。此外，在摩尔比为1:1的复合材料中，反应路径根据研磨气氛（Ar或H2）而变化。通过这种方式，我们了解了AB-NaAlH4复合材料作为储氢材料的性能和释放反应途径。关于这个主题，我们在国际学术会议上做了报告（2次报告，其中1次为特邀报告）和在国际期刊上做了报告（1次报告）。

项目成果

Metastable Al-based Amidoborane: Synthesis Method and Hydrogen Desorption Properties

亚稳态铝基氨基硼烷的合成方法及氢解吸性能

• 发表时间: 2016
• 作者: Yuki Nakagawa; Shigehito Isobe
• 通讯作者: Shigehito Isobe

Hydrogen desorpiton properties of NbF5-doped AlH3

NbF5掺杂AlH3的放氢性能

• 发表时间: 2016
• 作者: Yuki Nakagawa; Kohei Kousaka; Shigehito Isobe; Naoyuki Hashimoto; Somei Ohnuki
• 通讯作者: Somei Ohnuki

Synthesis, structural characterization, and hydrogen desorption properties of Na[Al(NH2BH3)4]

Na[Al(NH2BH3)4]的合成、结构表征及氢解吸性能

• DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.12.062
• 发表时间: 2017
• 影响因子: 7.2
• 作者: Y. Nakagawa; K. Shinzato; T. Nakagawa; K. Nakajima; S. Isobe; K. Goshome; H. Miyaoka; T. Ichikawa
• 通讯作者: T. Ichikawa

A Systematic Study of the Effects of Metal Chloride Additives on H2 Desorption Properties of Ammonia Borane

金属氯化物添加剂对氨硼烷脱氢性能影响的系统研究

• DOI: 10.1021/acs.jced.6b00143
• 发表时间: 2016
• 作者: Y. Nakagawa; T. Zhang; M. Kitamura; S. Isobe; S. Hino. N. Hashimoto; S. Ohnuki
• 通讯作者: S. Ohnuki

Synthesis of metastable Na[Al(NH2BH3)4] by solid and solution methods: Structural characterization and hydrogen desorption properties

固相法和溶液法合成亚稳态Na[Al(NH2BH3)4]：结构表征和氢解吸性能

• 发表时间: 2016
• 作者: Yuki Nakagawa; Keita Shinzato; Tessui Nakagawa; Keita Nakajima; Shigehito Isobe; Kiyotaka Goshome; Hiroki Miyaoka; Takayuki Ichikawa
• 通讯作者: Takayuki Ichikawa