一种有机液态储氢材料通过电化学加氢的方法

技术领域

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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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。

作为优选方案，催化剂采用炭载铂纳米颗粒和二氧化钌。

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。

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。

作为优选方案，电解液的制备包括以下步骤：

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；

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；

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。

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：

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；

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；

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；

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；

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；

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。

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

图1为实施例中乙基咔唑的电化学加氢极化曲线图；

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

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明：

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。

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。

其中上述电解液的制备包括以下步骤：

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；

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；

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。

本发法具体的实施步骤如下：

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；

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；

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；

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；

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；

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。

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。