近日，我所復(fù)合氫化物材料化學(xué)研究組(DNL1901)何騰副研究員和陳萍研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與廈門大學(xué)吳安安教授、美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Tom Autrey等合作，在儲(chǔ)氫材料研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以背頁(yè)封面形式發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。

氫以其能量密度高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，一直被認(rèn)為是能量?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸?shù)睦硐胼d體。然而，缺乏安全高效的儲(chǔ)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(chǔ)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(jià)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(chǔ)存于凝聚態(tài)物質(zhì)中是近二十年儲(chǔ)氫材料研究的熱點(diǎn)，各種新穎的材料被陸續(xù)地開(kāi)發(fā)出來(lái)。然而這些材料均存在自身的不足，因此開(kāi)發(fā)安全、高效、廉價(jià)的氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸載體，將為燃料電池汽車推廣，以及氫能源規(guī)模化應(yīng)用提供有效地解決方案。

近期，該團(tuán)隊(duì)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(chǔ)氫材料的電子性質(zhì)，合成出了一類新穎的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化儲(chǔ)氫體系——金屬有機(jī)化合物。理論計(jì)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?cè)降停蒲腥藛T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(chǔ)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(shí)理論計(jì)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?cè)降?，即通過(guò)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(jì)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α位C-H鍵鍵長(zhǎng)增加，二者成線性關(guān)系，這說(shuō)明材料經(jīng)過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化后，已經(jīng)被活化，并且脫氫過(guò)程中α位C-H鍵優(yōu)先斷裂。

實(shí)驗(yàn)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(chǔ)氫循環(huán)。而將材料溶解于水中進(jìn)行儲(chǔ)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(duì)于常見(jiàn)的液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)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(chǔ)和運(yùn)輸氫氣，避免高壓氣罐帶來(lái)的危險(xiǎn)。另外，由于有機(jī)底物種類多、變化多，與無(wú)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(lái)低溫可逆儲(chǔ)氫材料的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了嶄新的思路。

該工作得到了國(guó)家自然基金委面上項(xiàng)目、科技部國(guó)際合作重點(diǎn)專項(xiàng)、我所自主部署基金的資助。此外，這也是獻(xiàn)禮我所七十周年所慶文章之一。