理论教育 氢与氢化物:金属型氢化物研究及应用的重大突破

氢与氢化物:金属型氢化物研究及应用的重大突破

时间:2023-11-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:大多数的过渡金属或者合金中,氢主要以原子状态侵入原子空隙中形成金属型氢化物。金属型氢化物主要由密度较大的金属元素组成,所以其单位质量储氢密度通常低于3.0wt%。表9-1 氢原子与氢离子的尺寸以及各种元素的鲍林电负性无机非金属氢化物被广泛应用于有机化学工业中的还原剂。这一重大突破立即引起了广泛的关注,从此,掀起了对无机非金属氢化物的研究热潮。

氢与氢化物:金属型氢化物研究及应用的重大突破

氢的鲍林电负性为2.2,介于大多数的金属和非金属元素的电负性之间,见表9-1,因此既具有还原性又具有氧化性。换句话说,氢与金属和非金属元素都有较高的反应活性,从而生成具有不同键合方式的氢化物。比如说,氢与电负性小的碱金属和碱土金属倾向于形成离子型氢化物;此时氢以H-负离子方式存在,H-负离子直径大致为0.14~0.21nm。相比之下,氢与电负性大的元素,比如卤族元素,相结合形成酸,此时氢提供电子而形成氢阳离子H+。大多数的过渡金属或者合金中,氢主要以原子状态侵入原子空隙中形成金属型氢化物。金属型氢化物主要由密度较大的金属元素组成,所以其单位质量储氢密度通常低于3.0wt%。另外,氢与部分元素(比如Fe、Ni、B、N、Al等)相结合能形成共价键。这一类氢化物通常被称为无机非金属氢化物,如表9-2所示。典型代表如LiBH4、NH3 BH3等氢化物,储氢密度分别达到18.36wt%和19.6wt%。

表9-1 氢原子与氢离子的尺寸以及各种元素的鲍林电负性

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无机非金属氢化物被广泛应用于有机化学工业中的还原剂。由于热力学和/或动力学方面的原因,它们的可逆吸放氢反应一般难以实现。1997年,德国马普学会煤炭研究所的978-7-111-38715-2-Chapter09-2.jpg和Schwickardi以钛基化合物作催化剂,成功地使NaAlH4的放氢反应在较温和的条件下实现了可逆。这一重大突破立即引起了广泛的关注,从此,掀起了对无机非金属氢化物的研究热潮。本章将重点介绍配位铝(Al)氢化物、金属氮(N)氢化物、金属硼(B)氢化物和硼氨的合成方法、结构特点及其吸放氢性能。(www.daowen.com)

表9-2 一些主要无机非金属氢化物的基本性质[1,2]

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注:d和b分别表示分解和融化。

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