Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Соединение аммиак-борана с никелем в качестве универсального твердотельного материала для получения водорода путем гидролиза

https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.28-33.036-048

Полный текст:

Аннотация

В статье рассматривалась возможность использования аммиак-борана NH3BH3 (АБ) в соединении с никелем (Ni) в качестве универсального твердотельного материала для производства H2 путем гидролиза при температуре 20–50 °C. Предложенный авторами метод (Ni/АБ) имеет дело с наночастицами АБ внутри матрицы Ni. При контакте с водой структура Ni/АБ легко гидролизирует и освобождает H2 с частотой преобразования 13,8 моль(H2)  моль-1Ni /мин–1 при 43,3 °C. Установлено, что кажущаяся энергия активации в температурном диапазоне 23,5–50,4 °C невысока и составляет 19,5 ± 4,1 кДж/моль–1 . Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что матрица Ni, содержащая АБ, может выступать в роли эффективного катализатора. Помимо каталитических характеристик, в статье впервые описано успешное применение универсальных твердотельных структур при гидролизе АБ, что открывает уникальные возможности для развития одноразовых катализаторов.

Об авторах

К. Лаи
Лаборатория MERLin, Институт химических технологий, Университет Нового Южного Уэльса
Австралия

Кивен Лаи д-р хим. наук, научный сотрудник

Сидней, NSW 2052, Австралия



К.-Ф. Агей-Зинсу
Лаборатория MERLin, Институт химических технологий, Университет Нового Южного Уэльса
Австралия

Кондо-Франсуа Агей-Зинсу д-р хим. наук, профессор, директор Австралийской ассоциации водородной энергетики, вице-президент Австралийско-французской ассоциации исследований и инноваций, а также соучредитель и технический директор H2Store.

Сидней, NSW 2052, Австралия



У. Б. Демирчи
Европейский Институт Мембран IEM
Франция

Умит Б. Демирчи д-р физ.-хим. наук., профессор, помощник редактора International Journal of Hydrogen Energy (Elsevier).

UMR 5635, Университет Монпелье, Франция



Список литературы

1. Zhan W.W., Zhu Q.L., Xu Q. Dehydrogenation of ammoniaborane by metal nanoparticles catalysts. ACS Catal., 2016;6:6892–905.

2. Zhang Y., Shimoda K., Miyaoka H., Ichikawa T., Kojima Y.Thermal decomposition of alkaline-earth metal hydride andammonia borane composites. Int. J. Hydrogen Energy, 2010;35:12405–9.

3. Ahluwalia RK, Peng JK, Hua TQ. Hydrogen release fromammonia borane dissolved in an ionic liquid. Int. J. Hydrogen Energy, 2011;35:15689–97.

4. Al-Kukhun A., Hwang H.T., Varma A. Mechanistic studies of ammonia borane dehydrogenation. Int. J. Hydrogen Energy, 2013;38:169–79.

5. Kelly H.C., Marriott V.B. Reexamination of the mechanism ofacid-catalyzed amine-borane hydrolysis. The hydrolysis of NH3,BH3. Inorg.Chem., 1979;18:2875–8.

6. Chandra M., Xu Q. Dissociation and hydrolysis of ammoniaboranewith solid acids and carbon dioxide: an efficienthydrogen generation system. J. Power Sources, 2006;159:855–60.

7. Jiang H.L., Xu Q. Catalytic hydrolysis of ammonia borane forchemical hydrogen storage. Catal. Today, 2011;170:56–63.

8. Lu Z.H., Yao Q., Zhang Z., Yang Y., Chen X. Nanocatalysts forhydrogen generation from ammonia borane and hydrazineborane. J. Nanomater., 2014;2014:729029.

9. Umegaki T., Xu Q., Kojima Y. Porous materials for hydrolyticdehydrogenation of ammonia borane. Materials, 2015;8:4512–34.

10. Lu Z.H., Yao Q., Zhang Z., Yang Y., Chen X. Nanocatalysts for hydrogen generation from ammonia borane and hydrazineborane. J. Nanomater., 2014. 2014:729029(1–11).

11. Metin O., Mazumder V., Ozkar S., Sun S. Monodisperse nickelnanoparticles and their catalysis in hydrolyticdehydrogenation of ammonia borane. J. Am. Chem.Soc., 2010;132:1468–9.

12. Durap F., Caliskan S., Özkar S., Karakas K., Zahmakiran M. Dihydrogen phosphate stabilized ruthenium(0)nanoparticles: efficient nanocatalyst for the hydrolysis ofammonia-borane at room temperature. Materials, 2015;8:4226–38.

13. Metin Ö., Duman S., Dinç M., Özkar S. Oleylamine-stabilizedpalladium(0) nanoclusters as highly active heterogeneouscatalyst for the dehydrogenation of ammonia borane. J. Phys. Chem. C, 2011;115:10736–43.

14. Cao N., Su J., Luo W., Cheng G. Graphene supported Ru@Cocore-shell nanoparticles as efficient catalysts forhydrogen generation from hydrolysis of ammonia boraneand methylamine borane. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;43:47–51.

15. Aijaz A, Karkamkar A, Choi YJ, Tsumori N, Ronnebro E, Autrey T, et al. Immobilizing highly catalytically active Ptnanoparticles inside the pores of metalorganic framework:a double solvents approach. J. Am. Chem.Soc., 2012;134:13926–9.

16. Rakap M., Abay B., Tunç N. Hydrolysis of ammonia borane andhydrazine borane by poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)-stabilizedCoPd nanoparticles for chemical hydrogen storage. Turk J. Chem., 2017;41:221–32.

17. Dhanda R, Kidwai M. Graphene supported RuNi alloynanoparticles as highly efficient and durable catalyst forhydrolytic dehydrogenation-hydrogenation reactions. Chem.Select., 2017;2:335–41.

18. Kalidindi S.B., Sanyal U., Jagirdar B.R. Nanostructured Cu andCu@Cu2O core shell catalysts for hydrogen generation fromammonia-borane. Phys. Chem.Chem. Phys., 2008;10:5870–4.

19. Figen A.K. Dehydrogenation characteristics of ammoniaborane via boron-based catalysts (Co–B, Ni–B, Cu–B) under different hydrolysis conditions. Int. J. Hydrogen Energy, 2013;38:9186–97.

20. Eom K.S., Kim M.J., Kim R.H., Nam D.H., Kwon H.S. Characterization of hydrogen generation for fuel cells viaborane hydrolysis using an electrolessdeposited Co–P/Ni foam catalyst. J. Power Sources, 2010;195:2830–4.

21. Fernandes R., Patel N., Edla R., Bazzanella N., Kothari D.C., Miotello A. Ruthenium nanoparticles supported over carbonthin film catalyst synthesized by pulsed laser deposition forhydrogen production from ammonia borane. Appl. Catal. AGen., 2015;495:23–9.

22. Wang C., Tuninetti J., Wang Z., Zhang C., Ciganda R., Salmon L., et al. Hydrolysis of ammoniaborane over Ni/ZIF-8nanocatalyst: high efficiency, mechanism, and controlledhydrogen release. J. Am. Chem. Soc., 2017;139:11610–5.

23. Delmas J., Laversenne L., Rougeaux I., Capron P., Garron A., Bennici S., et al. Improved hydrogen storage capacity throughhydrolysis of solid NaBH4 catalyzed with cobalt boride. Int. J. Hydrogen Energy, 2011;36:2145–53.

24. Brack P., Dann S.E., Wijayantha K.G.U. Heterogeneous andhomogenous catalysts for hydrogen generation by hydrolysisof aqueous sodium borohydride (NaBH4) solutions. Energy Sci. Eng., 2015;3:174–88.

25. Manna J., Roy B., Vashistha M., Sharma P. Effect of Co2+/BH4–ratio in the synthesis of Co–B catalysts on sodium borohydride hydrolysis. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39:406–13.

26. Prosini P.P., Gislon P. A hydrogen refill for cellular phone. J. Power Sources, 2006;161:290–3.

27. Damjanovic L., Majchrzak M., Bennici S., Auroux A. Determination of the heat evolved during sodium borohydride hydrolysis catalyzed by Co3O4. Int. J. Hydrogen Energy, 2011;36:1991–7.

28. Lai Q., Rawal A., Quadir Z., Cazorla C., Demirci U.B., Aguey-Zinsou K.F. Nanosizing ammonia borane with nickel: a pathtoward the direct hydrogen release and uptake of B-N-H systems. Adv. Sust. Syst., 2017;1:1700122.

29. Christian M.L., Aguey-Zinsou F.K. Core-shell strategy leadingto high reversible hydrogen storage capacity for NaBH4. ACSNano, 2012;6:7739–51.

30. Christian M.L., Aguey-Zinsou F.K. Synthesis of core-shell NaBH4@M (M = Co, Cu, Fe, Ni, Sn) nanoparticles leading tovarious morphologies and hydrogen storage properties. Chem.Commun., 2013;49:6794–6.

31. Zhou L., Zhang T., Tao Z., Chen J. Ni nanoparticles supportedon carbon as efficient catalysts for the hydrolysis ofammonia borane. Nano Res., 2014;7:774–81.

32. Peng C.Y., Kang L., Cao S., Chen Y., Lin Z.S., Fu W.F. Nanostructured Ni2P as a robust catalyst for the hydrolyticdehydrogenation of ammonia-borane. Angew. Chem. Int. Ed., 2015;54:15725–9.

33. Mahyari M., Shaabani A. Nickel nanoparticles immobilized onthree dimensional nitrogen-doped graphene as a superbcatalyst for the generation of hydrogen from the hydrolysisof ammonia borane. J. Mater. Chem. A, 2014;2:16652–9.

34. Umegaki T., Xu Q., Kojima Y. Effect of Larginine on thecatalytic activity and stability of nickel nanoparticles forhydrolytic dehydrogenation of ammonia borane. J. Power Sources, 2012;216:363–7.

35. Shan X., Du J., Cheng F., Liang J., Tao Z., Chen J. Carbon-supported Ni3B nanoparticles as catalysts for hydrogengeneration from hydrolysis of ammonia borane. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39:6987–94.

36. Du J., Cheng F., Si M., Liang J., Tao Z., Chen J. Nanoporous Ni-basedcatalysts for hydrogen generation from hydrolysis ofammonia borane. Int. J. Hydrogen Energy, 2013;38:5768–74.

37. Graff A., Barrez Z., Baranek P., Bachet M., Benezeth P. Complexation of nickel ions by boric acid or (poly)borates. J. Solut. Chem., 2017;46:25–43.

38. Kim J.H., Kim K.T., Kang Y.M., Kim H.S., Song M.S., Lee Y.J., et al. Study on degradation of filamentary Ni catalyst onhydrolysis of sodium borohydride. J. Alloy Comp., 2004;379:222–7.

39. Arzac G.M., Rojas T.C., Fernandez A. Boron compounds asstabilizers of a complex microstructure in a Co-B-basedcatalyst for NaBH4 hydrolysis. Chem. Cat. Chem., 2011;3:1305–13.

40. Janda R., Heller G. IR- and Ramanspektren isotop marketer tetra- und pentaborate. Spectrochim Acta., 1980;36A:99–1001.

41. Andrews L., Burkholder T.R. Infrared spectra of molecular B(OH)3 and HOBO in solid argon. J. Chem. Phys., 1992;97:7203–10.

42. Suzuki M., Ogaki T. Crystallization and transformationmechanisms of a, b- and g-polymorphs of ultra-pure oleicacid. J. Am. Oil. Chem. Soc., 1985;62:1600–4.

43. NIST X-ray photoelectron spectroscopy database. 2012. http://srdata.nist.gov/xps/. [по данным на 15 января 2018].


Для цитирования:


Лаи К., Агей-Зинсу К., Демирчи У.Б. Соединение аммиак-борана с никелем в качестве универсального твердотельного материала для получения водорода путем гидролиза. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019;(28-33):36-48. https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.28-33.036-048

For citation:


Lai Q., Aguey-Zinsou K., Demirci U.B. Nanosizing Ammonia Borane with Nickel – an All-Solid and All-In-One Approach for H2 Generation by Hydrolysis. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2019;(28-33):36-48. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.28-33.036-048

Просмотров: 164


ISSN 1608-8298 (Print)