Mg(NH2)2-2LiH储氢材料的研究进展

doi:10.3866/PKU.WHXB201501282

摘要/Abstract

摘要：

Mg(NH₂)₂-2LiH 材料是近年来发展起来的几种最具应用潜力的高容量储氢材料之一. 由于具有较合适的吸放氢热力学性能、相对较低的吸放氢操作温度、较高的可逆储氢容量和较优的吸放氢循环稳定性,Mg(NH₂)₂-2LiH 材料现已成为储氢材料研究领域的一个热点. 本文综述了Mg(NH₂)₂-2LiH 材料近年来的研究进展, 重点关注了材料的组分、晶体结构、颗(晶)粒尺寸和催化动力学改性等对材料储氢性能的影响及储氢机理,总结了Mg(NH₂)₂-2LiH 储氢材料存在的技术问题并指出了今后的研究方向.

关键词: 氨基物, 氢化物, 储氢性能, 热力学, 动力学, 储氢机理

Abstract:

Mg(NH₂)₂-2LiH composite is one of the most promising high-capacity hydrogen storage materials developed in recent years. Research on Mg(NH₂)₂-2LiH material for hydrogen storage is of considerable interest because of its favorable thermodynamic properties, high reversible hydrogen capacity, relatively low operating temperatures, and good cycling stability for dehydrogenation/hydrogenation. In this review, the recent progress in the hydrogen storage properties of Mg(NH₂)₂-2LiH material was systematically summarized. The focus is on the effect of material composites, crystal structures, particle (grain) sizes, and catalysts on the hydrogen storage properties of the Mg(NH₂)₂-2LiH material, and their reaction mechanisms for hydrogen storage. The challenges in and direction for further improving the hydrogen storage properties of the Mg(NH₂)₂-2LiH material are also pointed out.

Key words: Amide, Hydride, Hydrogen storage property, Thermodynamics, Kinetics, Hydrogen storage mechanism

MSC2000:

O643

梁初, 梁升, 夏阳, 黄辉, 甘永平, 陶新永, 张文魁. Mg(NH₂)₂-2LiH储氢材料的研究进展[J]. 物理化学学报, 2015, 31(4): 627-635.

LIANG Chu, LIANG Sheng, XIA Yang, HUANG Hui, GAN Yong-Ping, TAO Xin-Yong, ZHANG Wen-Kui. Progress in the Mg(NH₂)₂-2LiH Material for Hydrogen Storage[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2015, 31(4): 627-635.

参考文献

(1) Schlapbach, L.; Züttle, A. Nature 2001, 414, 353. doi: 10.1038/35104634
(2) Vanvucht, J. H.; Kuijpers, F. A.; Bruning, H. C. A. Philips Research Reports 1970, 25, 133.
(3) Reilly, J. J.; Wiswall, R. H. Inorg. Chem. 1968, 7, 2254. doi: 10.1021/ic50069a016
(4) Xiao, X. Z.; Chen, L. X.; Fan, X. L.; Ge, H.W.; Li, S. Q.; Ying, Z.; Wang, X. H.; Chen, C. P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 423. [肖学章, 陈立新, 范修林, 葛红卫, 李寿权, 应窕, 王新华, 陈长聘. 物理化学学报, 2008, 24, 423.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080312
(5) Liang, C.; Li, G. X.; Lan, Z. Q.; Liu, Y. X.; Wei, W. L.; Guo, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 686. [梁初, 黎光旭, 蓝志强, 刘奕新, 韦文楼, 郭进. 物理化学学报, 2008, 24, 686.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080424
(6) Liu, Y. F.; Liang, C.; Zhou, H.; Gao, M. X.; Pan, H. G.; Wang, Q. D. Chem. Commun. 2011, 47, 1740. doi: 10.1039/c0cc03264f
(7) Bogdanovi?, B.; Schwickardi, M. J. Alloy. Compd. 1997, 253- 254, 1.
(8) Lan, Z. Q.; Xiao, X.; Su, X.; Chen, J. S.; Guo, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1877. [蓝志强, 肖潇, 苏鑫, 陈捷狮, 郭进. 物理化学学报, 2012, 28, 1877.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201205281
(9) Liang, C.; Liu, Y. F.; Luo, K.; Li, B.; Gao, M. X.; Pan, H. G.; Wang, Q. D. Chem. Eur. J. 2010, 16, 693. doi: 10.1002/chem.v16:2
(10) Fang, F.; Li, Y. T.; Song, Y.; Zha, J.; Zhao, B.; Sun, D. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1537. [方方, 李永涛, 宋云, 査俊, 赵斌, 孙大林. 物理化学学报, 2011, 27, 1537.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110617
(11) Zheng, S. Y.; Fang, F.; Zhou, G. Y.; Chen, G. R.; Ouyang, L. Z.; Zhu, M.; Sun, D. L. Chem. Mater. 2008, 20, 3954. doi: 10.1021/cm8002063
(12) Martinez-Franco, X. Z.; Ma, E.; Dornheim, M.; Klassen, T.; Bormanm, R. J. Alloy. Compd. 2005, 404 -406, 771.
(13) Balde, C. P.; Hereijgers, B. P. C.; Bitter, J. H.; de Jong, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6761. doi: 10.1021/ja710667v
(14) Mandal, T. K.; Gregory, D. H. Annu. Rep. Prog. Chem. Sect. A 2009, 105, 21. doi: 10.1039/b818951j
(15) Li, J. H.; Liu, B. Z.; Han, S. M.; Hu, L.; Zhu, X. L.; Wang, M. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 403. [李金华, 刘宝忠, 韩树民, 扈琳, 朱惜林, 王明智. 物理化学学报, 2011, 27, 403.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110206
(16) Vajo, J. J.; Skeith, S. L.; Mertens, F. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 3719. doi: 10.1021/jp040769o
(17) Pinkerton, F. E.; Meisner, G. P.; Meyer, M. S.; Balogh, M. P.; Kundrat, M. D. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6.
(18) Gross, A. F.; Vajo, J. J.; Van Atta, S. L.; Olson, G. L. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5651. doi: 10.1021/jp711066t
(19) Gu, J.; Gao, M. X.; Pan, H. G.; Liu, Y. F.; Li, B.; Yang, Y. J.; Liang, C.; Fu, H. L.; Guo, Z. X. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 847. doi: 10.1039/c2ee24121h
(20) Chen, J.; Zhu, M. Materials China 2009, 28 (5), 2. [陈军, 朱敏. 中国材料进展, 2009, 28 (5), 2.]
(21) Chen, P.; Xiong, Z. T.; Luo, J. Z.; Lin, J. Y.; Tan, K. L. Nature 2002, 420, 302. doi: 10.1038/nature01210
(22) Xiong, Z.; Hu, J.; Wu, G.; Chen, P.; Luo, W.; Gross, K.; Wang, J. J. Alloy. Compd. 2005, 398, 235. doi: 10.1016/j.jallcom.2005.02.010
(23) Luo, W. F. J. Alloy. Compd. 2004, 381, 284. doi: 10.1016/j.jallcom.2004.03.119
(24) Luo, W.; Rönnebro, E. J. J. Alloy. Compd. 2005, 404 -406, 392.
(25) Xiong, Z.; Wu, G.; Hu, J.; Chen, P. Adv. Mater. 2004, 16, 1522.
(26) Janot, R.; Eymery, J.; Tarascon, J. J. Power Sources 2007, 164, 496. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.11.046
(27) Markmaitree, T.; Osborn, W.; Shaw, L. L. J. Power Sources 2008, 180, 535. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.02.037
(28) Markmaitree, T.; Osborn, W.; Shaw, L. L. Int. J. Hydrog. Energy 2008, 33, 3915. doi: 10.1016/j.ijhydene.2007.10.052
(29) Luo, W.; Sickafoose, S. J. Alloy. Compd. 2006, 407, 274. doi: 10.1016/j.jallcom.2005.06.046
(30) Luo, W.; Stavila, V.; Klebanoff, L. E. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 6646. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.01.019
(31) Araujo, C. M.; Scheicher, R. H.; Ahuja, R. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 021907. doi: 10.1063/1.2830703
(32) Liu, Y. F.; Li, B.; Tu, F. F.; Liang, C.; Gao, M. X.; Pan, H. G.; Wang, Q. D. Dalton Trans. 2011, 40, 8179. doi: 10.1039/c1dt10108k
(33) Hu, J.; Liu, Y.; Wu, G.; Xiong, Z.; Chen, P. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 18439. doi: 10.1021/jp075757s
(34) Sudik, A.; Yang, J.; Halliday, D.; Wolverton, C. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 6568. doi: 10.1021/jp0683465
(35) Luo, W.; Stewart, K. J. Alloy. Compd. 2007, 440, 357. doi: 10.1016/j.jallcom.2006.09.057
(36) Liu, Y.; Hu, J.; Wu, G.; Xiong, Z.; Chen, P. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1293.
(37) Liang, C.; Liu, Y.; Gao, M.; Pan, H. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 5031. doi: 10.1039/c3ta01071f
(38) Xiong, Z.; Wu, G.; Hu, J.; Chen, P.; Luo, W.; Wang, J. J. Alloy. Compd. 2006, 417, 190. doi: 10.1016/j.jallcom.2005.07.072
(39) Leng, H. Y.; Ichikawa, T.; Hino, S.; Hanada, N.; Isobe, S.; Fujii, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8763. doi: 10.1021/jp048002j
(40) Nakamori, Y.; Kitahara, G.; Miwa, K.; Towata, S.; Orimo, S. Appl. Phys. A 2005, 80, 1.
(41) Liu, Y.; Liang, C.; Wei, Z.; Jiang, Y.; Gao, M.; Pan, H.; Wang, Q. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 12, 3108.
(42) Leng, H. Y.; Ichiwawa, T.; Fujii, H. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 12964. doi: 10.1021/jp061120h
(43) Aoki, M.; Noritake, T.; Kitaharab, G.; Nakamorib, Y.; Towataa, S.; Orimoba, S. J. Alloy. Compd. 2007, 428, 307. doi: 10.1016/j.jallcom.2006.03.044
(44) Leng, H. Y.; Ichikawa, T.; Isobe, S.; Hino, S.; Hanada, N.; Fujii, H. J. Alloy. Compd. 2005, 404-406, 443.
(45) Aoki, M.; Noritake, T.; Nakamori, Y.; Towata, S.; Orimo, S. J. Alloy. Compd. 2007, 446 -447, 328.
(46) Hu, J. J.; Fichtner, M. Chem. Mater. 2009, 21, 3485. doi: 10.1021/cm901362v
(47) Luo, S.; Flanagan, T. B.; Luo, W. J. Alloy. Compd. 2007, 440, L13.
(48) Sun, F.; Yan, M.; Ye, J.; Liu, X.; Jiang, L. J. Alloy. Compd. 2014, 616, 47. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.07.128
(49) Sun, F.; Yan, M.; Liu, X.; Ye, J.; Li, Z.; Wang, S.; Jiang, L. Int. J. Hydrog. Energy 2014, 39, 9288. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.04.055
(50) Rijssenbeek, J.; Gao, Y.; Hanson, J.; Huang, Q.; Jones, C.; Toby, B. J. Alloy. Compd. 2008, 454, 233. doi: 10.1016/j.jallcom.2006.12.008
(51) Liang, C.; Gao, M.; Pan, H.; Liu, Y. Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 083909. doi: 10.1063/1.4894378
(52) Liang, C.; Gao, M.; Pan, H.; Liu, Y.; Yan, M. Int. J. Hydrog. Energy 2014, 39, 17754. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.09.013
(53) Xie, L.; Liu, Y.; Li, G.; Li, X. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14523. doi: 10.1021/jp904346x
(54) Barison, S.; Agresti, F.; Russo, S. L.; Maddalena, A.; Palade, P.; Principi, G.; Torzo, G. J. Alloy. Compd. 2008, 459, 343. doi: 10.1016/j.jallcom.2007.04.278
(55) Liu, Y.; Zhong, K.; Luo, K.; Gao, M.; Pan, H.; Wang, Q. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1862. doi: 10.1021/ja806565t
(56) Wang, J.; Hu, J.; Liu, Y.; Xiong, Z.; Wu, G.; Pan, H.; Chen, P. J. Mater. Chem. 2009, 19, 2141. doi: 10.1039/b812653d
(57) Xia, G.; Tan, Y.; Li, D.; Guo, Z.; Liu, H.; Liu, Z.; Yu, X. Sci. Rep. 2014, 4, 6599. doi: 10.1038/srep06599
(58) Xia, G.; Li, D.; Chen, X.; Tan, Y.; Tang, Z.; Guo, Z.; Liu, H.; Liu, Z.; Yu, X. Adv. Mater. 2013, 25, 6238. doi: 10.1002/adma. v25.43
(59) Lohstroh, W.; Fichtner, M. J. Alloy. Compd. 2007, 446 -447, 332.
(60) Shahi, R. R.; Yadav, T. P.; Shaz, M. A.; Srivastva, O. N. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35, 238. doi: 10.1016/j.ijhydene.2009.10.029
(61) Chen, Y.; Wang, P.; Liu, C.; Cheng, H. Int. J. Hydrog. Energy 2007, 32, 1262. doi: 10.1016/j.ijhydene.2006.07.019
(62) Ma, L.; Wang, P.; Dai, H.; Cheng, H. J. Alloy. Compd. 2009, 468, L21.
(63) Liu, Y.; Hu, J.; Xiong, Z.; Wu, G.; Chen, P. J. Mater. Res. 2007, 22, 1339. doi: 10.1557/jmr.2007.0165
(64) Ma, L.; Fang, Z.; Dai, H.; Kang, X.; Liang, Y.; Wang, P.; Wang, P.; Cheng, H. J. Mater. Res. 2009, 24, 1936. doi: 10.1557/jmr.2009.0248
(65) Zhu, X.; Han, S.; Zhao, X.; Li, Y.; Liu, B. J. Rare Earths 2014, 32, 429. doi: 10.1016/S1002-0721(14)60089-2
(66) Demirocak, D. E.; Srinivasan, S. S.; Ram, M. K.; Kuhn, J. N.; Muralidharan, R.; Li, X.; Goswami, D. Y.; Stefannakos, E. K. Int. J. Hydrog. Energy 2013, 38, 10039. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.05.176
(67) Cao, H.; Zhang, Y.; Wang, J.; Xiong, Z.; Wu, G.; Qiu, J.; Chen, P. Dalton Trans. 2013, 42, 5524. doi: 10.1039/c3dt32165g
(68) Liang, C.; Liu, Y.; Jiang, Y.; Wei, Z.; Gao, M.; Pan, H.; Wang, Q. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 314. doi: 10.1039/c0cp00340a
(69) Hu, J.; Liu, Y.; Wu, G.; Xiong, Z.; Chua, Y. S.; Chen, P. Chem. Mater. 2008, 20, 4398. doi: 10.1021/cm800584x
(70) Hu, J.; Weidner, E.; Hoelzel, M.; Fichtner, M. Dalton Trans. 2010, 39, 9100. doi: 10.1039/c0dt00468e
(71) Zhang, X.; Li, Z.; Lv, F.; Li, H.; Mi, J.; Wang, S. Int. J. Hydrog. Energy 2010, 35, 7809. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.05.095
(72) Pan, H.; Shi, S.; Liu, Y.; Li, B.; Yang, Y.; Gao, M. Dalton Trans. 2013, 42, 3802. doi: 10.1039/c2dt32266h
(73) Li, B.; Liu, Y.; Gu, J.; Gao, M.; Pan, H. Chem. Asian J. 2013, 8, 374. doi: 10.1002/asia.201200938
(74) Liang, C.; Liu, Y.; Wei, Z.; Jiang, Y.; Wu, F.; Gao, M.; Pan, H. Int. J. Hydrog. Energy 2011, 36, 2137. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.11.068
(75) Yan, M.; Sun, F.; Liu, X.; Ye, J. Int. J. Hydrog. Energy 2014, 39, 19656. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.09.156
(76) Yan, M.; Sun, F.; Liu, X.; Ye, J.; Yuan, H.; Wang, S.; Jiang, L. J. Alloy. Compd. 2014, 603, 19. doi: 10.1016/j.jallcom.2014.03.054
(77) Wang, J.; Liu, T.; Wu, G.; Li, W.; Liu, Y.; Araújo, C. M.; Scheicher, R. H.; Blomqvist, A.; Ahuja, R.; Xiong, Z.; Yang, P.; Gao, M.; Pan, H.; Chen, P. Angew. Chem. Int. Edit. 2009, 48, 5828. doi: 10.1002/anie.v48:32
(78) Wang, J.; Chen, P.; Pan, H.; Xiong, Z.; Gao, M.; Wu, G.; Liang, C.; Li, C.; Li, B.; Wang, J. ChemSusChem. 2013, 6, 2181. doi: 10.1002/cssc.v6.11
(79) Li, C.; Liu, Y.; Pang, Y.; Gu, Y.; Gao, M.; Pan, H. Dalton Trans. 2014, 43, 2369. doi: 10.1039/c3dt52296b
(80) Li, C.; Liu, Y.; Gao, M.; Pan, H. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 7345. doi: 10.1039/c4ta00025k
(81) Li, C.; Liu, Y.; Ma, R.; Zhang, X.; Li, Y.; Gao, M.; Pan, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 17024. doi: 10.1021/am504592x
(82) Chen, P.; Xiong, Z.; Yang, L.; Wu, G.; Luo, W. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 14221. doi: 10.1021/jp061496v
(83) Chen, P.; Xiong, Z.; Luo, J.; Lin, J.; Tan, K. L. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 10967. doi: 10.1021/jp034149j
(84) Hu, Y. H.; Ruckenstein, E. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 9737. doi: 10.1021/jp036257b
(85) Ichikawa, T.; Hanada, N.; Isobe, S.; Leng, H. Y.; Fujii, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 7887. doi: 10.1021/jp049968y
(86) Leng, H. Y.; Ichiwawa, T.; Hino, S.; Nakagawa, T.; Fujii, H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10744. doi: 10.1021/jp0504571
(87) Hu, J.; Kwak, J.; Yang, Z.; Osborn, W.; Markmaitree, T.; Shaw, L. L. J. Power Sources 2008, 181, 116. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.03.034
(88) Lu, J.; Fang, Z. Z.; Sohn, H. Y. Inorg. Chem. 2006, 45, 8749. doi: 10.1021/ic060836o
(89) David, W. I. F.; Jones, M. O.; Gregory, D. H.; Jewell, C. M.; Johnson, S. R.; Walton, A.; Edwards, P. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1594. doi: 10.1021/ja066016s
(90) Wu, H. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6515. doi: 10.1021/ja800300e
(91) Luo, W.; Wang, J.; Stewart, K.; Clift, M.; Gross, K. J. Alloy. Compd. 2007, 446 -447, 336.

[1]	王云飞, 刘建华, 于美, 钟锦岩, 周琪森, 邱俊明, 张晓亮. SnO₂表面卤化提高钙钛矿太阳能电池光伏性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(3): 2006030 -0 .
[2]	覃方红, 万婷, 邱江源, 王一惠, 肖碧源, 黄在银. 基于光微热量-荧光光谱联用技术研究光催化热力学和动力学的温度效应[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905087 -0 .
[3]	任宁,王昉,张建军,郑新芳. 热分析动力学研究方法的新进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905062 -0 .
[4]	张婷,李翠翠,王伟,郭兆琦,庞爱民,马海霞. 三维氧化铁/石墨烯的构建及其对CL-20的热分解性能的影响[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905048 -0 .
[5]	苗静,郭睿凤,刘志宏. BaO∙4B₂O₃∙5H₂O纳米材料的制备及其对聚丙烯阻燃性能的热分解动力学方法评价[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905052 -0 .
[6]	谢文,周莲娇,徐娟,郭清莲,蒋风雷,刘义. 生物热化学和热动力学研究进展[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905051 -0 .
[7]	乔成芳,吕磊,许文风,夏正强,周春生,陈三平,高胜利. 三维无溶剂含能Ag-MOF的制备、热分解动力学及爆炸性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905085 -0 .
[8]	何裕成, 谢科锋, 王优浩, 周东山, 胡文兵. 超快扫描量热技术表征高分子结晶动力学[J]. 物理化学学报, 2020, 36(6): 1905081 -0 .
[9]	孙成珍, 周润峰, 白博峰. 基于静电效应的石墨烯纳米孔选择性渗透特性[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 1911044 -0 .
[10]	李明亮, 李硕, 王国治, 郭雪峰. 烷基链工程对两亲有机半导体热力学性能影响的研究[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 1908036 -0 .
[11]	邹后兵, Ettelaie Rammile, 闫帅, 薛楠, 杨恒权. 溶剂诱导翻转Pickering乳液用于原位循环使用酶催化剂[J]. 物理化学学报, 2020, 36(10): 1910006 -0 .
[12]	苏敏仪,刘慧思,林海霞,王任小. 应用机器学习方法构建药物分子解离速率常数的预测模型[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 1907006 -0 .
[13]	刘海,李毅,马兆侠,周智炫,李俊玲,何远航. 定常冲击波作用下六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/奥克托今(HMX)含能共晶初始分解机理研究[J]. 物理化学学报, 2019, 35(8): 858 -867 .
[14]	章家伟, 王晟, 刘福生, 付小杰, 马国权, 侯美顺, 唐卓. 缺陷TiO_2-x中空微球的制备及光催化降解亚甲基蓝性能[J]. 物理化学学报, 2019, 35(8): 885 -895 .
[15]	张涛,仇运广,罗启超,程曦,赵丽芬,严昕,彭浡,蒋华良,阳怀宇. 钙离子和镁离子浓度变化对磷脂酰乙醇胺-磷脂酰甘油双分子层膜的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(8): 840 -849 .

Mg(NH₂)₂-2LiH储氢材料的研究进展

Progress in the Mg(NH₂)₂-2LiH Material for Hydrogen Storage

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0