[发明专利]一种水溶性钌配合物催化氨硼烷水解放氢的方法

说明书

本发明提供了一种水溶性钌配合物催化氨硼烷水解放氢的方法，属于能源与均相催化技术领域。本发明合成了一系列水溶性良好的钌配合物催化剂，并将其应用于催化氨硼烷水解放氢。本发明的优点是：该系列钌配合物催化剂的制备方法简单，成本较低，能在较低温度下快速催化氨硼烷完全水解释放出3当量的氢气，且无毒副产物生成。该催化反应完全在水溶液中进行，避免了使用有机溶剂带来的污染。

技术领域

本发明属于能源与均相催化技术领域，涉及到均相催化氨硼烷放氢，特别涉及到一种水溶性钌配合物催化氨硼烷水解放氢的方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石燃料的日益枯竭，能源危机愈演愈烈，为了实现国民经济的可持续性发展，开发出环保、高效、可再生的替代能源迫在眉睫。氢能作为一种清洁高效的绿色能源备受关注，它具有以下优点：氢元素来源广泛、热值高、燃烧产物仅为水。氢能的利用方式多种多样，最常见的是直接用于燃烧和用于燃料电池。常温常压下，氢气是一种易燃、易爆、易扩散，且无色无味的气体。目前最常见的储氢方式是高压气罐存储，存储效率低，且氢气易与金属产生氢脆现象，这大大制约了氢气的有效储运及广泛应用。氢气的存储成为制约其大规模应用的一大障碍。

氨硼烷(NH₃BH₃，AB)作为一种固体储氢材料，具有超高的含氢量(19.6wt％)，便于储存和运输，且热稳定性适中。氨硼烷水解放氢具有很多优点：放氢量大、速率快、反应温度低、释放的氢气不含有毒气体。近年来，运用过渡金属催化氨硼烷水解放氢备受关注，特别是对铱、铑、钌等金属配合物的研究屡见报道。但大多数催化体系均需要加入四氢呋喃、乙醇、异丙醇等有机溶剂，这是由于目前大多数金属配合物的水溶性较差，加入有机溶剂可以提高催化剂的溶解度。因此，研究开发出稳定的、易溶于水的高效催化剂对于提升氨硼烷水解放氢效率显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种水溶性钌配合物催化氨硼烷水解放氢的方法。该种钌配合物催化剂的制备方法简单，成本较低，能在较低温度下催化氨硼烷完全水解释放出3当量的氢气，在催化氨硼烷水解放氢过程中取得了良好的催化效率，转化频率TOF值高达20480h^-1，且无毒副产物生成。该催化反应完全在水溶液中进行，避免了使用有机溶剂带来的污染。

本发明的技术方案：

一种水溶性钌配合物催化氨硼烷水解放氢的方法，所述的水溶性钌配合物的结构式如下式(I)和式(II)：

钌配合物催化剂I和II

式中：R₁，R₂相互独立，相同或不同，为CH₃、CH₃O、OH、O^－或H；

L₁＝C₆H₆、C₆Me₆或p-Cymene；L₂＝H₂O或Cl；

X₁，X₂相互独立，相同或不同，为N或C；

当X₂为N时，水溶性钌配合物II有2个Ru金属中心；

当X₂为C时，水溶性钌配合物II有1个Ru金属中心；

W为氯负离子、硫酸根、三氟甲磺酸根或四氟化硼阴离子；

n＝负整数、0或正整数；

在惰性气体的保护下，60～85℃温度条件下，向浓度为0.05～0.30mol/L的氨硼烷水溶液中注入水溶性钌配合物催化剂溶液，催化体系立即放出气体，且在5～120min内完全释放出3当量氢气。