硼烷氨络合物的应用介绍和合成工艺

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氨硼烷储氢材料结构制备方法氨硼烷脱氢其他应用氨硼烷的再生专题中文名称

氨硼烷中文同义词氨·硼烷英文名称 Ammoniaborane 英文同义词 CAS 号分子式

BH6N 分子量 30.86534EINECS 号相关类别 Mol 文件 MolFile 结构式氨硼烷性质氨

硼烷用途与合成方法储氢材料氨硼烷 NH3BH3(AB)是一种独特的分子络合物,20

世纪 50 年代中期美国政府在研究硼氢化物基的火箭高能燃料计划中第一次被合

成出来，电子富集的 NH3 与电子贫乏的 BH3 的结合导致形成了偶极子动量为

5.1D 的分子 NH3BH3。极性的 NH3BH3 分子与乙烷的电子数相同。然而不像乙烷,

由于偶极子间的交互作用形成的双氢键网络导致 NH3BH3 在标准状态下是一个

固体。在双氢键中,与B相结合的氢是一个氢接受体,与N结合的氢是一个质子给

予体。它在常温常压下为白色固体。熔点为 104 ,℃较稳定。加热至 90℃左右开

始分解放出氢气。因其具有很高的(19.6wt.%)的储氢容量及相对低的放氢温度

(<350 )℃而成为颇具潜力的化学储氢材料之一。因此 NH3BH3 储氢材料的研究对

于氢能的开发具有重要意义。结构氨硼烷是一种简单的路易斯酸碱加合物,硼原

子和氮原子以配位键结合,形成具有 C3v 对称性的氨硼烷分子。标准状况下,氨硼

烷是白色晶体,熔点 104 ,℃密度 0.780g/cm3,易溶于水(100g 水可溶解 33.6g 氨硼

烷)。目前已经用多种测试方法对氨硼烷的结构及物理性质进行了广泛而深入地

研究,包括 X射线衍射(XRD)、中子粉末衍射、非弹性中子散射、准弹性中子散射、

红外吸收光谱(FTIR)、拉曼光谱、核磁共振波谱(NMR)、滞弹性光谱等实验方法,

以及密度泛函理论(DFT)、第一性原理等计算方法。研究表明，高温时氨硼烷呈

体心四方晶系(I4mm)结构,温度降至约 225K,由四方晶系向正交晶系(Pmn21)转变,

且具有弯曲 N-H…H 和线状 B-H…H 的特殊结构。氨硼烷分子中与 N相连的 H呈正

电性,与B原子相连的 H呈负电性,正电性氢(Hδ+)和负电性氢(Hδ-)之间存在静电

相互吸引作用,这种作用称为双氢键,用“N-Hδ+…δ-H-B”表示.与经典氢键一样,双氢

键能改变化合物分子的空间构象,影响物质的物理化学性质,并可解释物质的反应

机理。例如双氢键的存在使得氨硼烷与互为等电子体的乙烷熔点(-183.3 )℃相差

近300℃。Wolstenholme 等人在利用1HNMR 和2HNMR 分析氨硼烷热分解行为

时发现氨硼烷中还存在 B-H…H-B 单极双氢键,这种键同样影响氨硼烷的热分解机

理及产物,他们认为氨硼烷热分解过程中不只是N-Hδ+…δ-H-B 结合释放H2,高温

时(105Chemicalbook~150 )℃主要是 B-H…H-B 结合释放H2。图1为氨硼烷立体结

构图制备方法 1955 年，Shore 和Parry 首次合成出氨硼烷。其反应式如式下所示：

这种方法是利用铵盐和金属硼氢化物反应合成氨硼烷，报道的收率为45%。为

了提高收率，使用了不同的铵盐和金属硼氢化物对这种方法加以改进，反应通

过硫酸铵和硼氢化钠在无水无氧条件下进行，反应溶剂为THF，反应温度为

40℃。反应式如式下所示:铵盐和硼氢化钠反应得到氨硼烷的反应还有很多，方

法简单，如下图所示。图2为四氢呋喃中硼氢化钠和铵盐合成氨硼烷氨硼烷脱

氢氨硼烷的脱氢方式有 3种，分别为溶剂解、热分解和水解，其中，氨硼烷的

水解是最方便的一种脱氢方式，能够在室温下，短时间内水解释放出 3分子的

氢气，反应式如式下所示：氨硼烷的水溶液在室温下是非常稳定的，而在有金

属催化剂的作用下，氨硼烷能够快速地水解放出氢气。氨硼烷水解的催化剂主

要是过渡金属纳米粒子，包括贵金属和非贵金属催化剂，贵金属主要有

Pd、Rh、Ru 和Pt，非贵金属主要为 Fe、Co、Ni 和Cu。其他应用除了作为储氢

材料,氨硼烷还在以下几个方面有广泛应用:(1)还原剂,把醛、酮羰基还原为醇,在

有异丙醇钛的情况下,把醛和酮还原胺化为伯胺、仲胺、叔胺,产率为84%~95%,

还可以把CO2 还原为甲醇等；(2)在材料领域用于制备 BN 材料,如BN 管、BN 球、

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氨硼烷储氢材料结构制备方法氨硼烷脱氢其他应用氨硼烷的再生专题中文名称氨硼烷中文同义词氨·硼烷英文名称Ammoniaborane英文同义词CAS号分子式BH6N分子量30.86534EINECS号相关类别Mol文件MolFile结构式氨硼烷性质氨硼烷用途与合成方法储氢材料氨硼烷NH3BH3(AB)是一种独特的分子络合物,20世纪50年代中期美国政府在研究硼氢化物基的火箭高能燃料计划中第一次被合成出来，电子富集的NH3与电子贫乏的BH3的结合导致形成了偶极子动量为5.1D的分子NH3BH3。极性的NH3BH3分子与乙烷的电子数相同。然而不像乙烷,由于偶极子间的交互作用形成的双氢键网络导致NH3BH...

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