硼氢化钠碱性水溶液储氢体系微观结构的精细解析
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21503251
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0305.结构化学
- 结题年份:2018
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2018-12-31
- 项目参与者:房艳; 戈海文; 朱发岩; 韩丽; 刘红艳; 赵晓婵;
- 关键词:
项目摘要
Further progresses on the NaBH4 hydrogen storage, and the selection, design for hydrogen release catalyst and Direct Borohydride Fuel Cell (DBFC) were impeded by a hiatus due to lack of the acquaintance of the complex solution structure of the hydrogen storage borate solution NaBH4-NaOH-H2O system. In the present projects, solution structure of this systems will be researched systematically. Firstly, the predominant species distribution in this two systems will be given, through the Raman, IR, NMR and the structure sensitive physical chemistry properties (pH, density, viscosity etc.) and thermodynamics calculation. Secondly, the synchrotron radiation X-ray scattering will be applied two get the time-space-averaged structure, Fine resolution micro-structure of this system will be get through an Empirical Potential Structure Refinement (EPSR) which based on the Monte Carlo simulation. Then the CPMD and ab initio will be used to study the detailed micro-structure like the hydration, associate and “Dihydrogen Bond”. Comparative use those methods, a precise solution structure will be given, which may present some valuable guidance for understanding of the complex electrode mechanism, electrode kinetics of DBFC, and the transform rule between B-H and B-O bonds in aqueous solution. The research results may also provide some theoretical basis to design and explore a clean, efficient, and low cost chemical hydrogen storage system.
硼氢化钠碱性溶液储氢体系释氢催化剂及直接硼氢化燃料电池(DBFC)的选型和设计等有赖于对NaBH4-NaOH-H2O体系溶液微观结构的深入理解。针对这一问题,项目拟首先通过Raman、IR、NMR及溶液敏感性质的测量并结合热力学计算给出在这个体系中硼的存在形态;利用同步辐射X射线散射法给出在溶液的时间空间平均结构,并利用结构参数计算和基于Monte Carlo的经验势结构精修(EPSR)实现对结构参数的精细化解析;项目还将通过从头算分子动力学模拟(CPMD)和量子化学从头算(ab initio)研究深入探讨溶液中存在的水合、缔合尤其是溶液中的 “二氢键”等结构细节。研究有望获得更准确、更精细的溶液结构信息,深入理解NaBH4碱性溶液的储氢储能的微观结构化学本质及B-H键与B-O键的转化规律,为该体系化学释氢催化剂和DBFC的设计和选型等提供理论基础。
结项摘要
硼氢化钠碱性溶液储氢体系释氢催化剂及直接硼氢化燃料电池(DBFC)的选型和设计等有赖于对NaBH4-NaOH-H2O及NaB(OH)4-H2O体系溶液微观结构的深入理解。针对这一问题,项目通过Raman,IR光谱确定这个体系中硼的存在形态。利用同步辐射X射线散射法给出在溶液的时间-空间平均结构,利用结构参数计算和基于Monte Carlo的经验势结构精修(EPSR)实现对结构参数的精细化解析。.研究发现,在硼氢化钠溶液中,BH4-与约6.0±1.6个水分子之间通过二氢键发生水合,“二氢键”的形成既是溶液稳定的原因也是硼氢化钠水解的关键因素。BH4-与Na+通过四面体共顶点和四面体共边的形式形成接触离子对,其中四面体共边的接触离子对更为稳定,为溶液中主要的离子缔合形态,这种缔合形式也遗传到了他们的晶体(NaBH4.2H2O)中。.X射线散射(X-Ray Scarttering, XRS)是研究溶液结构的有效手段。该方法可直接测量溶液中原子-原子(site-site)间的分布函数,相对于XAFS而言其对长程相互作用也更为敏感。EPSR采用Monte Carlo的方法来不断减小模拟结构产生的结构函数(F^sim (Q))与实验的结构函数(F^exp (Q))之间的差值来实现液态结构的精修。借助 X射线散射和EPSR可实现液态(非晶态)的精细化结构解析,该方法对一些难处理的低散射复杂样品也表现出了相当的适用性。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Ion association in lithium metaborate solution: a Raman and ab initio insight
偏硼酸锂溶液中的离子缔合:拉曼和从头开始的见解
- DOI:10.1080/00319104.2016.1183003
- 发表时间:2017-03
- 期刊:Physics and Chemistry of Liquids
- 影响因子:1.2
- 作者:Zhu Fayan;Zhou Yongquan;Fang Chunhui;Fang Yan;Ge Haiwen;Liu Hongyan
- 通讯作者:Liu Hongyan
B(OH)(4)(-) hydration and association in sodium metaborate solutions by X-ray diffraction and empirical potential structure refinement
通过 X 射线衍射和经验势结构精修研究偏硼酸钠溶液中的 B(OH)(4)(-) 水合和缔合
- DOI:10.1039/c7cp05107g
- 发表时间:2017
- 期刊:PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
- 影响因子:3.3
- 作者:Zhou Yongquan;Higa Souta;Fang Chunhui;Fang Yan;Zhang Wenqian;Yamaguchi Toshio
- 通讯作者:Yamaguchi Toshio
Reconsideration on Hydration of Sodium Ion: From Micro-Hydration to Bulk Hydration
钠离子水化的再思考:从微量水化到大量水化
- DOI:10.1134/s0036024417130313
- 发表时间:2017-12
- 期刊:Russian Journal of Physical Chemistry
- 影响因子:--
- 作者:Zhou Yongquan;Fang Chunhui;Fang Yan;Zhu Fayan;Ge Haiwen;Liu Hongyan;Liu Hongyan;Zhou YQ
- 通讯作者:Zhou YQ
Structure of alkaline aqueous NaBH4 solutions by X-ray scattering and empirical potential structure refinemen
通过 X 射线散射和经验势结构精修确定碱性 NaBH4 水溶液的结构
- DOI:10.1016/j.molliq.2018.10.124
- 发表时间:2018
- 期刊:Journal of Molecular Liquids
- 影响因子:6
- 作者:Yongquan Zhou;Toshio Yamaguchi;Koji Yoshida;Chunhui Fang;Yan Fang
- 通讯作者:Yan Fang
Hydrogen generation mechanism of BH4- spontaneous hydrolysis: A sight from ab initio calculation
BH4-自发水解的产氢机制:从头计算的视角
- DOI:10.1016/j.ijhydene.2016.10.057
- 发表时间:2016
- 期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
- 影响因子:7.2
- 作者:Zhou Yongquan;Fang Chunhui;Fang Yan;Zhu Fayan;Liu Hongyan;Ge Haiwen
- 通讯作者:Ge Haiwen
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其他文献
偏硼酸锂溶液物种分布和物化性质
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- 发表时间:2012
- 期刊:无机盐工业
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- 作者:陶松;房春晖;周永全;房艳;朱发岩;许沙
- 通讯作者:许沙
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- 作者:刘红艳;房春晖;房艳;周永全;朱发岩;戈海文;杨子祥;唐玉玲
- 通讯作者:唐玉玲
四硼酸锂溶液物化性质与Raman光谱
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:无机盐工业
- 影响因子:--
- 作者:戈海文;房春晖;周永全;刘红艳;朱发岩;房艳
- 通讯作者:房艳
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