一种有机液态储氢材料通过电化学加氢的方法与流程

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本发明属于液体储氢领域，具体涉及一种有机液态储氢材料通过电化学 加氢的方法。


背景技术：

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随着社会发展，人类环境保护意识提升，全球的能源利用逐渐由化石能 源向新能源发展，新能源中光能、风能、氢能是重要发展方向，其中氢能不 仅是一种绿色高效的能源，而且氢气经过燃烧仅以水为产物，而水通过电解 又能重新制取氢气，实现氢能的绿色循环。但是氢作为地球上最轻的元素， 无论是以气态或是液态存在，其密度都非常低，而作为一种燃料，氢能的利 用具有分散性和间歇性等特点，因此其储存及运输问题亟待解决。在氢能技 术发展过程中，如何高密度、安全储氢是氢能技术真正走向实用化的关键。
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研究发现要实现氢能的大规模储存及利用，储氢系统需要具备以下特 点：高的储氢密度、灵活方便的使用需求以及安全可靠的储氢方式。目前常 用的储氢技术有高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、金属有机 物骨架化合物储氢以及有机液体储氢等。其中，有机液体储氢材料因其安全、 高效的储氢方式，是实现氢能大规模储氢和远距离输送的有效手段。与传统 的储氢方法相比，有机液体的储氢量和储氢密度高，可逆性好，反应物和产 物可循环利用，性质与汽油相似，可以仿照现有的管道和加油站等基础设施 进行输送和储存。
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目前进行有机液体储氢通常采用热催化储氢的方式，而传统的热催化加 氢，需要氢气沉积在具有较大表面积的基质(如氧化铝，二氧化硅或沸石) 上，并被基质上的活性金属如钯，铂，铑，钌或雷尼镍等催化分解，反应条 件通常很苛刻(压力高达500atm，温度达200oc)，因此导致了诸如反应器 设计昂贵、高温下容易使有机底物热分解或异构化等问题。此外，传统的热 催化加氢需要提供氢气作为氢源，存在安全隐患。


技术实现要素：

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本发明的目的在于解决有机液态储氢材料的溶解性问题，同时通过助剂 提高电解液导电性以及提供氢源，提高反应活性，降低反应温度及压力，实 现储氢材料电化学加氢的缺点，提出了一种有机液态储氢材料通过电化学加 氢的方法。
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本发明采用如下技术方案：一种有机液态储氢材料通过电化学加氢的方 法，其关键在于：向有机液态储氢材料中加入电解液和催化剂，并且加入质 子供体使电解液中的溶剂在电驱动下提供质子，实现有机储氢材料的电化学 加氢。
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作为优选方案，催化剂采用炭载铂纳米颗粒和二氧化钌。
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作为优选方案，电解液采用包括有乙腈或n,n-二甲基甲酰胺、质子供 体与四丁基溴化铵的混合液，且加入一定量的助溶剂。
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作为优选方案，助溶剂采用甲醇或乙醇，质子供体采用去离子水。
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作为优选方案，电解液的制备包括以下步骤：
[0011]
s1.取适量乙腈或n,n-二甲基甲酰胺作为溶剂，向溶剂中加入适量甲醇 或乙醇作为助溶剂，随后充分搅拌形成混合溶液；
[0012]
s2.取适量去离子水加入上述混合溶液中，使去离子水的摩尔浓度保持 在0.5mol/l至5mol/l；
[0013]
s3.加入适量四丁基溴化铵，四丁基溴化铵的摩尔浓度保持在0.5mol/l 至5mol/l，随后磁力搅拌30min制得电解液。
[0014]
作为优选方案，一种有机液态储氢材料通过电化学加氢的方法包括以下 步骤：
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第一步：在h型电解池的阳极室和阴极室分别加入适量电解液，并采用 砂芯玻璃隔板将阳极室和阴极室分隔开；
[0016]
第二步：向阴极室中加入适量喹啉、乙基咔唑、丙基咔唑或吲哚等有机 物，充分搅拌至完全溶解；
[0017]
第三步：将适量铂炭、乙醇、成膜剂为50μl的nafion膜溶液超声搅 拌30min后制得铂炭催化剂，用移液枪分多次将制得催化剂涂抹在玻碳电极 上自然晾干；
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第四步：将涂抹有催化剂的玻碳电极插入阴极室电解液中，将铂丝插入 阳极室电解液中，将将饱和甘汞电极插入参比电极室电解液中；
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第五步：采用线性伏安扫描法对电解液进行线性伏安测试，电位设置为 0至-3.5v，从正往负以100mv/s的速度进行扫描测试，记录下伏安扫描曲 线；
[0020]
第六步：从伏安扫描曲线中判断加氢反应发生电位，并在该电位下进行 恒电位电解，一定时间后取出阴极室电解液，进行gc-ms测试，对电解产物 进行分析测验其氢含量。
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有益效果：本发明提供一种混合的电解液反应体系，使有机液态储氢材 料在此体系下实现电化学加氢。此方法的创新点在于对有机液态储氢材料采 用电化学加氢，实现无氢源及更温和条件下的储氢。
附图说明
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图1为实施例中乙基咔唑的电化学加氢极化曲线图；
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图2为实施例中乙基咔唑加氢后的产物gc-ms分析图。
具体实施方式
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下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明：
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实施例：一种有机液态储氢材料通过电化学加氢的方法，其关键在于： 向有机液态储氢材料中加入电解液和催化剂，并且加入质子供体使电解液中 的溶剂在电驱动下提供质子，实现有机储氢材料的电化学加氢。
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在具体实施时，催化剂采用炭载铂纳米颗粒和二氧化钌；解液采用包括 有乙腈或n,n-二甲基甲酰胺、质子供体与四丁基溴化铵的混合液，且加入 一定量的助溶剂；助溶剂采用甲醇或乙醇，质子供体采用去离子水。
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其中上述电解液的制备包括以下步骤：
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s1.取适量乙腈或n,n-二甲基甲酰胺作为溶剂，向溶剂中加入适量甲醇 或乙醇作为助溶剂，随后充分搅拌形成混合溶液；
[0029]
s2.取适量去离子水加入上述混合溶液中，使去离子水的摩尔浓度保持 在
0.5mol/l至5mol/l；
[0030]
s3.加入适量四丁基溴化铵，四丁基溴化铵的摩尔浓度保持在0.5mol/l 至5mol/l，随后磁力搅拌30min制得电解液。
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本发法具体的实施步骤如下：
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第一步：在h型电解池的阳极室和阴极室分别加入适量电解液，并采用 砂芯玻璃隔板将阳极室和阴极室分隔开；
[0033]
第二步：向阴极室中加入适量喹啉、乙基咔唑、丙基咔唑或吲哚等有机 物，充分搅拌至完全溶解；
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第三步：将适量铂炭、乙醇、成膜剂为50μl的nafion膜溶液超声搅 拌30min后制得铂炭催化剂，用移液枪分多次将制得催化剂涂抹在玻碳电极 上自然晾干；
[0035]
第四步：将涂抹有催化剂的玻碳电极插入阴极室电解液中，将铂丝插入 阳极室电解液中，将将饱和甘汞电极插入参比电极室电解液中；
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第五步：如附图1所示，采用线性伏安扫描法对电解液进行线性伏安测 试，电位设置为0至-3.5v，从正往负以100mv/s的速度进行扫描测试，记 录下伏安扫描曲线；
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第六步：从伏安扫描曲线中判断加氢反应发生电位，并在该电位下进行 恒电位电解，一定时间后取出阴极室电解液，进行gc-ms测试，其结果如附 图2所示，然后根据测试结果验证电化学加氢效果。
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最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普 通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下， 可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。