金属有机化合物用于储氢材料

氢以其能量密度高、无污染等优点，一直被认为是能量储存和运输的理想载体。然而，其中的技术瓶颈是缺乏安全高效的储氢介质。目前，世界各大汽车公司均采用高压气罐作为商业燃料电池汽车的储氢系统。然而，该系统压力高达350 bar~700 bar，安全性一直受到关注，且罐体材料为高强度碳纤维、造价昂贵，成为限制燃料电池汽车迅速推广的原因之一。将氢气储存于凝聚态物质中是近二十年储氢材料研究的热点，各种新颖的材料陆续地开发出来，然而这些材料均存在自身的不足。因此开发安全、高效、廉价的氢气储存和运输载体，将为燃料电池汽车推广以及氢能源规模化应用提供有效的解决方案。

近日，中国科学院大连化学物理研究所的何腾副研究员（点击查看介绍）和陈萍研究员（点击查看介绍）领导的团队与厦门大学的吴安安教授（点击查看介绍）合作，在储氢材料研究方面取得新进展，该团队提出一种全新的策略，即利用金属的电负性差异，修饰有机储氢材料的电子性质，合成了一类新颖的有机-无机杂化储氢体系金属有机化合物。理论计算表明，增加有机碳环中的电子密度可以显著降低有机物的脱氢焓变，且电子密度越高，脱氢焓变越低。研究人员利用具有较强供电子性质的碱金属或碱土金属改进有机储氢材料，发现其环中电子密度明显增加，从而有效地降低了有机材料的脱氢焓变，同时发现随着金属的供电子性质增强，材料的脱氢焓变越低，即通过选择不同的金属，可以可控地调变材料的脱氢焓变，从而在热力学上控制材料的脱氢温度。该文章以钠修饰的苯酚-环己醇为例，其脱氢焓变已经从64.5 kJ/mol-H₂降低为50.4 kJ/mol-H₂，同时发现，随着金属给电子能力增强，环己醇钠α位C-H键键长增加，二者呈线性关系，由此说明材料经过有机无机杂化后发生活化，并且脱氢过程中α位C-H键优先断裂。

实验发现，苯酚钠-环己醇钠体系可以在150 ℃、商业催化剂下完成可逆储氢循环，而将材料溶解于水中进行储氢循环反应后，可以进一步将材料的脱氢温度降低至100 ℃以下，相对于常见的液态有机储氢材料明显降低。该类金属有机化合物可以在常温常压下存储和运输氢气，可以避免高压气罐带来的危险。另外，有机底物种类多、变化多样，与无机金属杂化后，可以衍生出更多种类的候选材料供进一步筛选。该研究为未来低温可逆储氢材料的开发开辟了新的思路。

相关研究成果以背页封面形式发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，文章的第一作者是中国科学院大连化学物理研究所的博士研究生于洋。

该论文作者为：Yang Yu, Teng He, Anan Wu, Qijun Pei, Abhijeet Karkamkar, Tom Autrey, Chen Ping

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Reversible Hydrogen Uptake/Release over a Sodium Phenoxide-Cyclohexanolate Pair.

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201810945

导师介绍

陈萍

https://www.x-mol.com/university/faculty/22818

何腾

https://www.x-mol.com/university/faculty/58844

课题组链接

http://imide.dicp.ac.cn/

吴安安

https://www.x-mol.com/university/faculty/14173