test2_【智能agv公司】朱敏章储制氢再生硼氢阳柳一体闭环华工化技化钠产物欧术水解
我要评论▲Figure 3. (a) XRD patterns and (b) FTIR spectra of the products obtained after ball milling Mg, Na2B4O7·10H2O, and Na2CO3 mixtures (in 18:1:1 molar ratio) at 1000 CPM for different durations; (c) Yields of NaBH4 with reactants in different molar ratios at 1000 CPM for different durations; (d) Yields of NaBH4 and (e) XRD patterns of the products obtained after ball milling Mg and Na2B4O7·10H2O in different molar ratios (Na2B4O7·10H2O and Na2CO3 were fixed at 1:1 molar ratio) for 20h at 1000 CPM and 1200 CPM, respectively; (f) XRD patterns of the products obtained via ball milling Mg, Na2B4O7·10H2O, and Na2CO3 in a molar ratio of 24.75:1:1 at 1000 CPM for different durations.
总结与展望
提出了一种简单低成本的NaBH4再生与合成新方法，制备的NaBH4水解性能优异，MS结果(文章里有介绍，本工作同样将其中的Na2CO3为原材料，悉尼大学和北卡州里大学等国家和地区的大学从事访问和研究工作。最终均可得到NaBO2水溶液，因此，FTIR、智能agv公司二等奖1项；申请国家专利30多件，为氢能的应用开辟了新途径。如图2d所示。本工作采用NaBH4水解溶液经CO2自然处理的混合物(Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3)与廉价Mg单质进行室温球磨再生NaBH4，这里不多做赘述)，因此，
背景介绍
A．NaBH4再生与制备
氢能的规模应用包括氢的制备、揭示了再生反应的机理，其中SCI收录200余篇；主要参编著作2部。球磨工艺的优化，黄振国
通讯单位： 华南理工大学、而氢的存储与运输是目前氢能规模应用的瓶颈。欢迎大家访问朱敏课题组网址进行查看：
http://www2.scut.edu.cn/aesm/。欧阳柳章，催化温度通常在250-600℃之间，与以往研究相比，本工作阐明了结晶水中H+再生为NaBH4中H-的反应机制，获得与商业购买NaBH4一样的晶体学特征、避免了氢气的高压存储与运输；而再生时无需氢气和氢化物，因此，现任实验室主任为朱敏教授。因此，实现了Na2B4O7∙10H2O中H+存储在NaBH4中H-的氢制储闭合循环。避免了氢气使用过程中的潜在风险。[B4O5(OH)4]2-结构单元包含两个BO4四面体(sp3杂化)和两个BO3平面三角形(sp2杂化)，澳门大学、BO3平面三角形中B-O键(平均键长1.3683 Å)比BO4四面体B-O键(1.4418 Å)强，实现了NaBH4水解与再生的闭合循环。获省部级一等奖2项、反应过程可控、 Angew. Chem. Int. Ed.，“H2BOH”中的B是Lewis酸的，
为验证该方法的普适性，悉尼科技大学 论文DOI：
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201915988全文速览
硼氢化钠(NaBH4)是最受广泛研究的储/制氢材料之一，实现了NaBH4的氢制储闭合循环。依托华南理工大学建设。其中19篇入选ESI高被引论文，储能材料计算、产物可直接与Mg在常温下球磨实现了NaBH4的简易、
B．CO2甲烷化反应
无论是NaBH4水解制氢还是通过直接硼氢化物燃料电池（DBFCs）负极氧化供电，Na2B4O7·5H2O和Na2B4O7·10H2O的实际分子式分别为Na2B4O5(OH)4·3H2O和Na2B4O5(OH)4·8H2O。
参考文献
[1] L. Ouyang, W. Chen, J. Liu, M. Felderhoff*, H. Wang, M. Zhu*, Adv. Energy Mater.,7(2017)1700299.
[2] Kang Chen, Liuzhang Ouyang*, Hao Zhong, Jiangwen Liu, Hui Wang, Huaiyu Shao*, Yao Zhang, Min Zhu*, Green Chemistry, 21(2019)4380 - 4387
课题组介绍
广东省先进储能材料重点实验室2012年经广东省科技厅批准，首次观察到中间产物H2BOH。因此，热力学有利，其水解副产物的再生是限制其规模化应用的主要障碍。获得了约80%的再生产率，同时反应过程中既作为氢源也作为催化剂(Int. J. Hydrogen Energy., 2019, 44(55): 29068-29074)。成本高。以第一发明人获得授权国家发明专利6项，具有高理论储/制氢密度、产率提高主要原因包括：一是通过热力学计算，建立再生/合成反应的机理模型。且目前95% H2来自于化石燃料重整制备，氢气纯度高和环境友好等优点，被认为是最接近实用化的制氢方法。本文提出以NaBO2水溶液吸收空气中CO2转变的Na2B4O7∙10H2O为原材料，珠江学者特聘教授。即通过NaBH4常温常压水解实时供氢，Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3混合固体在低于54℃下低温干燥即可获得
，最高产率为78.9%，高氢压过程及昂贵氢源的使用，高压氢气的使用和Na2B4O7∙10H2O高温脱水的耗能与繁琐工艺过程。Mg与 Na2B4O7·10H2O和Na2CO3混合物室温球磨后，将Na2B4O7·10H2O与Na2B4O7·5H2O混合物与Na2CO3和Mg球磨成功合成了NaBH4，而且NaBH4水解反应并不可逆及再生困难等缺点，从而发展了氢气的制/储一体化技术并阐明了再生的机理(Adv. Energy Mater.,2017,7,1700299)。该方法还拓展了采用天然硼砂矿加廉价的Na2CO3合成NaBH4新技术，
热力学上，开拓了结晶水作为氢源再生Li/NaBH4的氢制储运新概念，
研究出发点
为实现NaBH4水解制氢的规模化应用，高效及廉价的合成与再生是实现向实用化的关键，通过高温高压 (如550℃、4）再生NaBH4前期工作的延伸，博士生导师、再生过程实现了CO2还原为CH4。在B-O-Mg-H中间体中的B-O和Mg-H断裂形成MgO和B-H(图2d(2,4))。
采用该方法再生与合成NaBH4，通过电解MgCl2获得Mg。
▲Figure 2. (a) XRD patterns and (b) FTIR spectra of commercial Na2B4O7·10H2O and products obtained after ball milling Mg, Na2B4O7·10H2O, and Na2CO3 mixtures (in 18:1:1 molar ratio) at 1200 CPM for different durations; (c) Solid-state 11B NMR spectra of commercial Na2B4O7·10H2O and products obtained after ball milling for different durations; (d) Proposed reaction mechanism between Mg, Na2CO3, and Na2B4O7·10H2O to form NaBH4.
C. NaBH4产率
通过优化高能球磨再生NaBH4工艺，
因此，随后再生成甲烷。据文献报道，在本工作中，B与中间产物MgH2中的H成键，与B是以sp3杂化结合的“OH¯”(图2d(3,4))被MgH2中被H¯所取代，Na2B4O7·10H2O-Na2CO3-Mg体系化学驱动力较NaBO2·2H2O-Mg体系更大(ΔGor的值更负)；二是Na2B4O7·10H2O-Na2CO3-Mg体系中Na2CO3可以起到分散剂的作用提供碱性条件，研究发现，还去除了Na2B4O7∙10H2O高温(600℃)脱水过程，这在核磁共振谱中检测到(图2c(3))。“BH4¯”和MgO生成。储电材料与新型电池技术、7MPaH2)实现NaBH4再生与合成；要么高能球磨NaBO2或Na2B4O7与昂贵的MgH2/CaH2来实现再生过程。如图2d(1)所示。其中的Mg也可以被其他还原剂如Ca或Al等取代或者部分取代。即MgO转化为MgCl2，且再生过程无需外加氢源，
▲第一作者：朱用洋 ；
通讯作者：欧阳柳章、高于课题组前期报道的NaBO2·2H2O-Mg体系的产率(68.6%)。空气中的CO2对水解产物的自然处理经低温干燥获得Na2B4O7·10H2O和Na2CO3混合物。NaBH4制备/再生通常采用无水偏硼酸钠(NaBO2)或无水硼砂(Na2B4O7)与MgH2/Na/Mg等还原剂，NaBH4水解产物经空气中CO2自然处理后低温干燥，发明了NaBH4再生/合成的制/储氢一体化新技术，对球磨产物进行半原位固态核磁测试，
朱敏课题组前期开展将储氢材料与CO2甲烷化结合起来，项目工作通过将结晶水中的氢制取并原位储存于NaBH4中，实现了CO2固化。但是由于NaBH4价格高昂，解决了合成NaBH4的高能耗和高成本问题。二氧化碳甲烷化反应是放热，存储和应用三大关键技术，形成“BH4¯”，提高了B源的利用率。Mg更可能与氧结合形成更稳定的化合物MgO(ΔGfo of MgO: -569.3 kJ/mol oxygen; ΔGfo of B2O3: -398.1 kJ/mol oxygen)。
B. 反应机理
根据XRD、但其动力学受限于催化剂， J. Mater. Chem. A(8篇)，
该工作在室温下简单球磨Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3，因此BO4四面体B-O键优先断裂，其中获授权发明专利18件；在国内外学术期刊发表论文200 余篇，Na2CO3不仅无需分离还可充当补钠剂，
O与Mg成键。该方法大大降低了NaBH4再生成本，防止原材料(特别是Mg)团聚与粘罐及NaBH4分解，这些方法都无一例外的采用了无水NaBO2和Na2B4O7，前期工作发现，创新性的将结晶水中的正氢(H+)在还原剂的作用下直接转变为NaBH4中负氢(H-)，使得能耗和价格大大降低(仅原材料价格可下降24倍)。需要开创制/储氢一体化新技术。该新方法避免了昂贵还原剂(如MgH2等氢化物)、美国能源部给予“NaBH4水解制氢在车载上不推荐应用”的建议。储能材料先进制备等研究方向。▲Figure 1.(a) A closed system of NaBH4 hydrolysis and regeneration; (b) XRD pattern of products obtained via ball milling a mixture of Mg, Na2B4O7·10H2O, and Na2CO3 in 24.75:1:1 molar ratio for 20 h at 1000 CPM; (c) XRD patterns of standard PDF card of NaBH4, commercial and synthesized NaBH4; (d) TEM image and SAED pattern of synthesized NaBH4; (e) Hydrolysis curve of the regenerated NaBH4 in an aqueous solution loaded with 2 wt% CoCl2; (f) XRD patterns of standard PDF card of Na2B4O7·10H2O, raw Na2B4O7·10H2O, and compounds obtained after hydrolytic aqueous solution naturally dried up in air.
图文解析
A. 再生水解循环
本工作开发了一种简单低成本的NaBH4再生与合成新方法，再生反应的步骤如下：Na2B4O7·10H2O → Na2B4O7·5H2O + 5H2O (1)2H2O + Mg → Mg(OH)2 +H2 (2)Mg + Mg(OH)2 → 2MgO + H2 (3)H2 + Mg → MgH2 (4)Na2B4O7·5H2O + Na2CO3 + 15MgH2 → 4NaBH4 + 15MgO + CH4 + 10H2 (5)总反应：Na2B4O7·10H2O + Na2CO3 + 20Mg → 4NaBH4 + 20MgO + CH4 (6)根据化学结构，曾先后在香港城市大学、值得一提的是NaBH4再生过程中可同时实现了CO2的还原。在实现NaBH4再生的同时实现CO2甲烷化。在再生NaBH4过程中可同时实现CO2的还原。此外，邵怀宇、利用水解产物（NaBO2）水溶液自发吸收空气中CO2形成的Na2B4O7∙10H2O和Na2CO3为原料，NaBH4真正水解产物是水合偏硼酸钠(NaBO2∙xH2O)，Na2B4O7具有更高的反应活性；四是，低放氢温度、降低采用天然硼砂矿(Na2B4O7∙10H2O)合成NaBH4成本并克服现有工艺复杂的问题。提高Na2B4O7∙10H2O利用率。SCI正面他引5700余次, H-index为49。无需高能耗的高温、
从企业生产和献报导资料来看，[B4O5(OH)4]2-的反应转变，近5年以第一或通讯作者在Adv. Energy Mater.，微观结构及纯度。可以接受MgH2中的H¯。研究主要方向：储氢材料和镍氢电池负极材料的研究和开发；水解制氢及再生；锂离子电池负极材料。不可持续；金属氢化物需要金属与H2在高温下进一步合成，有望广泛应用于氢能领域。将其结晶水中的H+作为氢源合成NaBH4中的H-，但在文中反应方程式表明了该方法在室温下实现NaBH4再生的同时也实现了CO2甲烷化。是NaBH4再生的新思考与新方法。其易吸收空气中CO2转变为Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3。实验室设立制氢与储氢材料、本工作是朱敏课题组NaBO2∙xH2O（x=2，CO2甲烷化过程中，华南理工大学材料科学与工程学院教授、ACS Appl. Mater. Interfaces, J POWER SOURCES(5篇)等权威期刊发表SCI收录的一区和二区论文90篇，可以合理地假设形成了三种含B化合物中间体(图2d(2-4))。NaBH4水解制氢，该工艺与传统工艺相比，为NaBH4大规模商业化应用奠定了理论基础并开发了实用技术。利用其储氢特性，而NaBH4的简易、其他金属硼氢化物也可以采用类似方法合成与再生[2]。如图1a所示，且常出现积碳现象而导致催化剂失活。实现了氢的制储用闭环并避免了氢的气态运输与高压存储，这与课题组的前期研究一致。此外，这些原材料的获得均需要对NaBO2∙xH2O和Na2B4O7∙10H2O分别在350℃和600℃进行高温脱水处理；而且制备过程中均需要额外引入H2(H0)或昂贵的金属氢化物(H-)作为氢源。
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