近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所復(fù)合氫化物材料化學(xué)研究組副研究員何騰和研究員陳萍領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊與廈門大學(xué)教授吳安安、美國西北太平洋國家實驗室Tom Autrey等合作，在儲氫材料研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以背頁封面形式發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。
背頁封面
氫以其能量密度高、無污染等優(yōu)點，一直被認(rèn)為是能量儲存和運(yùn)輸?shù)睦硐胼d體。然而，缺乏安全高效的儲氫介質(zhì)被認(rèn)為是氫能應(yīng)用技術(shù)的瓶頸。目前，世界各大汽車公司均采用高壓氣罐作為商業(yè)燃料電池汽車的儲氫系統(tǒng)。然而，該系統(tǒng)壓力高達(dá)350-700bar，安全性一直受到關(guān)注；此外，高壓氣罐的罐體材料為高強(qiáng)度碳纖維，其造價昂貴，這也是限制燃料電池汽車迅速推廣的原因之一。將氫氣儲存于凝聚態(tài)物質(zhì)中是近二十年儲氫材料研究的熱點，各種新穎的材料被陸續(xù)地開發(fā)出來。然而這些材料均存在自身的不足，因此開發(fā)安全、高效、廉價的氫氣儲存和運(yùn)輸載體，將為燃料電池汽車推廣，以及氫能源規(guī)?；瘧?yīng)用提供有效地解決方案。
近期，該團(tuán)隊提出一種全新的策略：利用金屬的電負(fù)性差異，修飾有機(jī)儲氫材料的電子性質(zhì)，合成出了一類新穎的有機(jī)-無機(jī)雜化儲氫體系——金屬有機(jī)化合物。理論計算表明，增加有機(jī)碳環(huán)中的電子密度，可以顯著降低有機(jī)物的脫氫焓變，且電子密度越高，脫氫焓變越低，科研人員利用具有較強(qiáng)供電子性質(zhì)的堿金屬或堿土金屬改性有機(jī)儲氫材料，發(fā)現(xiàn)其環(huán)中電子密度明顯增加，從而有效地降低了有機(jī)材料的脫氫焓變；同時理論計算還表明，隨著金屬的供電子性質(zhì)增強(qiáng)，材料的脫氫焓變越低，即通過選擇不同的金屬，可以可控地調(diào)變材料的脫氫焓變，從而在熱力學(xué)上控制材料的脫氫溫度。本工作以鈉修飾的苯酚-環(huán)己醇為例，計算發(fā)現(xiàn)其脫氫焓變可以從64.5kJ/mol-H2降低為50.4kJ/mol-H2；此外，隨著金屬給電子能力增強(qiáng)，環(huán)己醇鈉 位C-H鍵鍵長增加，二者成線性關(guān)系，這說明材料經(jīng)過有機(jī)無機(jī)雜化后，已經(jīng)被活化，并且脫氫過程中 位C-H鍵優(yōu)先斷裂。
實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，苯酚鈉-環(huán)己醇鈉體系可以在150 、商業(yè)催化劑下完成可逆儲氫循環(huán)。而將材料溶解于水中進(jìn)行儲氫循環(huán)反應(yīng)后，可以進(jìn)一步將材料的加脫氫溫度降低至100 以下。這相對于常見的液態(tài)有機(jī)儲氫材料有明顯的降低，該類金屬有機(jī)化合物可以在常溫常壓下存儲和運(yùn)輸氫氣，避免高壓氣罐帶來的危險。另外，由于有機(jī)底物種類多、變化多，與無機(jī)金屬雜化后可以衍生出更多種類的候選材料，供進(jìn)一步篩選。因此，該研究為未來低溫可逆儲氫材料的開發(fā)開辟了嶄新的思路。
大連化物所金屬有機(jī)化合物用于儲氫材料研究取得新進(jìn)展
該工作得到了國家自然基金委面上項目、科技部國際合作重點專項、大連化物所自主部署基金的資助。此外，這也是獻(xiàn)禮大連化物所七十周年所慶文章之一。
