一种苯并二吡咯类有机分子的应用

技术领域

本发明涉及有机芳香烃分子储氢技术领域，其主要涉及一种苯并二吡咯类有机分子的应用。

背景技术

传统化石能源紧缺和自然环境恶化这两个伴生问题在近些年一直困扰着人类社会，人类尝试寻找一种可持续且环保的能源，以减少甚至取代煤炭、石油等化石燃料在国民生产生活中所占的份额。氢的储量大、热值高、环境友好，燃烧后只产生水，在很多领域受到研究，因而逐步成为一种极具潜力的新型能源。

研究人员在对不饱和烃类有机物研究时发现，通过不饱和有机分子与氢的可逆反应，能够实现氢能的存贮和利用。该技术储氢量较大，氢能利用率较高，储氢分子可循环使用且寿命长，材料更加安全稳定，环境友好可持续，具有较为理想的应用前景。

现有的有机储氢材料主要包括吲哚类、咔唑类以及苄基甲苯类等一些常见的不饱和芳香烃，然而这些有机储氢材料还存在储氢量较低、反应温度较高、材料稳定性较低、毒性较高等问题。

因此，本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是：开发一种储氢量较高、反应温度较低、材料稳定性较高、毒性较低的新型储氢材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，拓展有机储氢材料领域的备选方案，筛选具有更多优势的有机分子储氢材料，以实现高效储放氢过程，本发明提出了将苯并二吡咯类有机分子应用于储氢以及具体的应用方法，并进一步提供了这些苯并二吡咯类有机分子在应用过程中的过程强化方法。具体的，通过加入离子液体，降低了储氢材料的熔点，强化了固体催化剂与液体反应物之间的接触条件，通过引入微波场，进一步增强了加脱氢反应中反应体系的传质传热过程，这两者(加入离子液体和引入微波场)的综合作用共同使得该苯并二吡咯类储氢材料在应用中需要更低的反应温度，具有更快的反应速率。本发明提出的苯并二吡咯类有机分子在作为储氢材料时，与上述已有研究的有机储氢材料相比，加氢与脱氢反应起始温度可降低至50℃，且分子结构稳定，反应速率快，选择性高，无副反应发生。本发明的具体内容如下：

本发明提供了一种苯并二吡咯类有机分子的应用，所述应用为：以苯并二吡咯类有机分子作为储氢材料，对氢气进行加氢和/或脱氢。

优选地，所述苯并二吡咯类有机分子的分子结构通式包括如下所示的分子M1～分子M5结构中的任意一种；

其中，R

所述分子M1～分子M5的任意一个结构中，针对十个碳原子位点，分别标记为数字1～10。

优选地，所述加氢和/或脱氢的过程如下：

优选地，对于分子M1～分子M5，每个碳原子位点均可加成一个氢原子，对应的是加氢反应过程；对于分子M1-1～分子M5-1，每个碳原子位点均可脱去一个氢原子，对应的是脱氢反应过程。

优选地，在分子M1～分子M5对应的任意一个加氢反应过程中，反应的条件包括：在催化剂的作用下，反应温度为50～200℃，反应压力为2～15MPa。

优选地，在分子M1-1～分子M5-1对应的任意一个脱氢反应过程中，反应条件包括：在催化剂的作用下，反应温度为50～200℃。

优选地，所述反应条件还包括：在反应体系中加入吡啶类离子液体，并在反应过程中加入微波场。

优选地，所述吡啶类离子液体为1-丁基-4-甲基吡啶氯盐和/或1-丁基-4-甲基吡啶溴盐，所述吡啶类离子液体占所述苯并二吡咯类有机分子的质量百分比为0％～50％。

优选地，单位质量所述苯并二吡咯类有机分子，在加氢和/或脱氢反应过程中，所需的微波发生器使用功率为0W～1000W。

优选地，所述的分子结构通式分子M1～分子M5以及对应的分子M1-1～分子M5-1中的任意一个分子结构通式中，基团R

氢、氕、氘和氚；具有C

本发明提供了一种苯并二吡咯类有机分子的应用。该应用为：以苯并二吡咯类有机分子作为储氢材料，基于苯并二吡咯类有机分子结构中苯并二吡咯共轭结构的不饱和性，对氢气进行加氢和/或脱氢。并且，与现有技术相比，本发明还具有如下优点：

1、本发明提出了一类可用于储氢领域的有机分子材料，该材料属于氮杂环芳香族类有机分子材料。与有机储氢领域现存的且已有大量研究的氮杂环类有机分子材料(咔唑类、吲哚类)相比，本发明首次提出了可用于储氢的含双氮原子的氮杂环芳香族类有机分子材料，且该类材料的储氢量足够大(大于5.5wt％)，物理化学性质足够稳定(反应过程中不易发生碳碳键和碳氮键的裂解，空气气氛中长时间储存不会发生变质)，反应开始所需的最低温度限制更低(50℃即可开始发生反应)。

2、在本发明的具体应用过程中，首次将离子液体与微波场同时引入到有机储氢分子的加氢/脱氢反应过程中，经过离子液体与微波场对加氢/脱氢反应过程的共同影响，实现了有机储氢分子的低温高效吸氢/放氢。再进一步通过调节微波场功率以及离子液体引入的种类、质量，可使得最低加氢/脱氢起始反应温度低至50℃，最快90分钟反应转化率达到98％以上。

3、本发明提供的苯并二吡咯类有机分子，其在应用过程中的储氢与放氢反应过程，与现有储氢材料(苯类、咔唑类、吲哚类等)相比，不仅具有起始反应温度较低(50℃开始反应)，还具有反应时间较短(不超过5小时)、反应转化率高(大于98％)、无副反应发生、释放氢气的纯度为100％以及无其他气体产生等优点。

附图说明

图1示出了本发明实施例中提供的苯并二吡咯类有机分子的加脱氢反应过程示意图；

图2为本发明实施例1中苯并二吡咯类有机分子K12的核磁共振氢谱图；

图3为本发明实施例3中苯并二吡咯类有机分子K13的核磁共振氢谱图；

图4为本发明实施例4中苯并二吡咯类有机分子K4的核磁共振氢谱图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的现有技术所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

为了解决现有技术中的有机储氢材料存在的储氢量较低、加氢和/或脱氢反应焓变不可控、反应温度较高、材料稳定性较低、毒性较高等问题，本发明实施例提供了一种新的有机储氢材料——苯并二吡咯类有机分子，以及该有机储氢材料应用于储氢时的应用方法。具体实施内容如下：

本发明实施例提供了一种苯并二吡咯类有机分子的应用，该应用为：以苯并二吡咯类有机分子作为储氢材料，对氢气进行加氢和/或脱氢。

在具体实施过程中，优选地，苯并二吡咯类有机分子的分子结构通式包括如下所示的分子M1～分子M5结构中的任意一种；

其中，R

本发明实施例提供的苯并二吡咯类有机分子，在应用过程中，如图1所示，该加氢和/或脱氢的过程可以如下：

在加氢和/或脱氢的具体实施过程中，优选地，对于分子M1～分子M5，每个碳原子位点均可加成一个氢原子，对应的是加氢反应过程；对于分子M1-1～分子M5-1，每个碳原子位点均可脱去一个氢原子，对应的是脱氢反应过程。

在具体实施过程中，优选地，在分子M1～分子M5对应的任意一个加氢反应过程中，反应的条件包括：在催化剂的作用下，反应温度为50～200℃，反应压力为2～15MPa。其中，催化剂可以为：钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)。

在具体实施过程中，优选地，在分子M1-1～分子M5-1对应的任意一个脱氢反应过程中，反应条件包括：在催化剂的作用下，反应温度为50～200℃。其中，催化剂可以为：钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)。

为了提高本发明实施例提供的应用方法(即对氢气进行加氢和/或脱氢的具体实施方法)的优势，本发明还提出了一种过程强化方法。具体为：通过引入吡啶类离子液体和在反应过程中加入微波场，以实现该类储氢材料的低温高效加脱氢反应。

因而，在本实施例的具体实施过程中，反应条件还包括：在反应体系中加入吡啶类离子液体，并在反应过程中加入微波场。

其中，优选地，由于本发明针对的是苯并二吡咯类有机分子，其中的主要结构是苯并二吡咯，因而本实施例中的离子液体选取与本发明的苯并二吡咯类有机分子具有相似性(该相似性有利于离子液体与苯并二吡咯类有机分子的混合过程以及苯并二吡咯类有机分子的加脱氢反应过程)结构的离子液体，如吡啶类离子液体。

在具体实施时，吡啶类离子液体可以为1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，也可以为1-丁基-4-甲基吡啶溴盐，还可以为这两者的混合物。并且，在具体实施过程中，吡啶类离子液体占苯并二吡咯类有机分子的质量百分比为0％～50％。即，吡啶类离子液体的引入量占有机储氢分子材料的质量百分比为：大于等于0％，且小与等于50％。

在反应过程中加入微波场的具体实施过程中，优选地，针对单位质量苯并二吡咯类有机分子，在加氢和/或脱氢反应过程中，所需的微波发生器使用功率为0W～1000W。即，在加氢和/或脱氢反应过程中加入微波场时，单位质量的苯并二吡咯类有机分子加脱氢反应所需的微波发生器使用功率为：大于等于0W，且小与等于1000W。

针对图1中示出的分子M1～分子M5以及对应的分子M1-1～分子M5-1，各自的结构通式，优选地，分子结构通式分子M1～分子M5以及对应的分子M1-1～分子M5-1中的任意一个分子结构通式中，基团R

氢、氕、氘和氚；具有C

综上，本发明实施例提供了一种苯并二吡咯类有机分子的应用。该应用为：以苯并二吡咯类有机分子作为储氢材料，基于苯并二吡咯类有机分子结构中苯并二吡咯共轭结构的不饱和性，对氢气进行加氢和/或脱氢。并且，与现有技术相比，本发明还具有如下优点：

1、本发明提出了一类可用于储氢领域的有机分子材料，该材料属于氮杂环芳香族类有机分子材料。与有机储氢领域现存的且已有大量研究的氮杂环类有机分子材料(咔唑类、吲哚类)相比，本发明首次提出了可用于储氢的含双氮原子的氮杂环芳香族类有机分子材料，且该类材料的储氢量足够大(大于5.5wt％)，物理化学性质足够稳定(反应过程中不易发生碳碳键和碳氮键的裂解，空气气氛中长时间储存不会发生变质)，反应开始所需的最低温度限制更低(50℃即可开始发生反应)。

2、在本发明的具体应用过程中，首次将离子液体与微波场同时引入到有机储氢分子的加氢/脱氢反应过程中，经过离子液体与微波场对加氢/脱氢反应过程的共同影响，实现了有机储氢分子的低温高效吸氢/放氢。再进一步通过调节微波场功率以及离子液体引入的种类、质量，可使得最低加氢/脱氢起始反应温度低至50℃，最快90分钟反应转化率达到98％以上。

3、本发明提供的苯并二吡咯类有机分子，其在应用过程中的储氢与放氢反应过程，与现有储氢材料(苯类、咔唑类、吲哚类等)相比，不仅具有起始反应温度较低(50℃开始反应)，还具有反应时间较短(不超过5小时)、反应转化率高(大于98％)、无副反应发生、释放氢气的纯度为100％以及无其他气体产生等优点。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过多个具体的实施例来说明本发明提供的苯并二吡咯类有机分子在作为储氢材料时，其具体的应用方法。

实施例1

1.本实施例中有机分子材料K12为本发明提供的分子结构通式M2中的一种分子，密度1.366±0.06g/cm

2.该有机分子材料K12合成路线如下：

具体来说：

(1)将54g的K5放入18％的250ml盐酸中，冷却至-5℃保持；将23.1g的硝酸钠溶在150ml水中，并滴加进溶有K5的盐酸溶液中，在滴加操作中使溶有K5的盐酸溶液温度保持在0℃以下，滴加完毕后保持0℃反应0.5-1h，得到第一反应液；将180g的氯化锡溶解在18％的250ml盐酸中并冷却至-15℃，并将第一反应液滴加入溶有氯化锡的盐酸溶液中，整个滴加过程中使温度不超过-10℃，滴加完成后在0℃保持2-3h，得到第二反应液。

(2)将2L水加入上述的第二反应液中，升温至80℃，并加入醋酸钠调节pH至3-3.5，在70-80℃下过滤除去锡盐沉淀得到滤液，并将滤液冷却至20℃；将34.8g的丙酮酸乙酯溶解在35ml的异丙醇中，一遍搅拌一遍滴加进上述冷却之后的滤液中，搅拌2h，将沉淀过滤后用水洗涤，干燥后得到70g具有同分异构体的k7(80％)。

(3)将45g(0.156mol)K7加入到450g的多聚磷酸酯中，搅拌，该过程中温度会自发升高到60-70℃，之后加热到90℃保持搅拌1h；再用冰块冷却，过滤后可得到31g(71％)的K8和K9混合物，对于K9(mp：261-262℃)，可以用100/250μ尺寸的硅胶层析柱分离出来(用苯和乙醚洗)。

(4)将2.5g的连二亚硫酸钠，50g的K8和K9混合物一起加入到溶解了140g氢氧化钾的250ml水中，氮气保护下搅拌回流1h，然后冷却至-25℃，过滤，再用醋酸调节pH到5，期间温度不能高于-10℃，之后过滤，用水洗涤沉淀物，干燥后得到26g(70％)的K10和K11混合物。

(5)将1.5g的K10和K11混合物与0.7g的10％钯碳催化剂在试管中充分混匀，将试管用火焰加热5min直到白色蒸汽停止产生，然后停止加热，用丙酮提取出反应产物；K12和K13的分离使用100/250μ硅胶层析柱，用苯清洗，最终可分离出0.12g的K12(8％，mp 200℃)和0.11g的K13(7％，mp 86℃)。

3.分子K12储氢可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K12可以储存5mol氢气生成1mol完全反应终产物K12-1，同样地，1mol分子K12-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K12，以实现K12与K12-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml高压反应釜，加入10g K12和1g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空釜内空气后，磁力搅拌加热至150℃，然后充入高纯氢气至釜内压力达到10～12MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，4小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K12-1的纯度达到85.12％。

脱氢过程：使用10ml三口烧瓶，加入1.2g K12-1和0.12g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至120℃，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K12分子纯度为88.31％。

由于K12所表达的分子为本领域的已知化合物苯并二吡咯，因而在本实施例中，对K12仅做了核磁共振氢谱图，以说明本实施例中合成的K12为苯并二吡咯。

参考图2示出了本发明实施例1的苯并二吡咯类有机分子K12的核磁共振氢碳谱图。K12的核磁共振氢谱图

实施例2

1.本实施例中选用的有机分子材料K12，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M2中的一种分子，密度1.366±0.06g/cm

2.该有机分子材料K12的合成路线，与上述实施例1的合成路线相同，在此不重复给出。

本发明实施例合成的苯并二吡咯类有机分子K12的核磁共振氢谱图，分别与实施例1中的图2相同，在本实施例中，不再重复展示。

3.该有机分子材料K12应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程与上述实施例1的反应路线相同，在此不重复给出。

理论上，1mol分子K12可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K12-1，同样地，1mol分子K12-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K12，以实现K12与K12-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入20g K12和8g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入2g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至150℃，微波发生器功率设定为150W，然后充入高纯氢气至压力达到10～12MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，4小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K12-1的纯度达到99.12％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取12g加氢分离产物(K12-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，0.85g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至120℃，微波发生器功率设定为150W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K12分子纯度为99.33％。

实施例3

1.本实施例中选用的有机分子材料K13，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M3中的一种分子，密度1.366±0.06g/cm

2.该有机分子材料K13合成路线如实施案例三中K12合成路线所述，在本实施例中不做赘述。

由于K13所表达的分子为本领域的已知化合物苯并二吡咯，因而在本实施例中，对K13仅做了核磁共振氢谱图，以说明本实施例中合成的K13为苯并二吡咯。

参考图3示出了本发明实施例3合成的苯并二吡咯类有机分子K13的核磁共振氢谱图。K13的核磁共振氢谱图

3.该有机分子材料K13储氢可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K13可以储存5mol氢气生成1mol完全反应终产物K13-1，同样地，1mol分子K13-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K13，以实现K13与K13-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入10g K13、2g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐以及2g 1-丁基-4-甲基吡啶溴盐，混合均匀后加入1.0g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至80℃，微波发生器功率设定为300W，然后充入高纯氢气至压力达到10～12MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3.5小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K13-1的纯度达到99.67％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取5g加氢分离产物(K13-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，0.34g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至80℃，微波发生器功率设定为300W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K13分子纯度为99.71％。

实施例4

1.本实施例中选用的有机分子材料K4，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M1中的一种分子，其密度1.366±0.06g/cm

2.该有机分子材料K4的合成路线如下：

具体为：

(1)在5g K1冰水浴(0℃～室温)中滴加15g浓硝酸，反应2小时，然后向瓶中滴加1～3g三氯甲烷至析出的黄色固体完全溶解，分液，取上层有机相，用10％氢氧化钠水溶液反复洗涤，直到碱液澄清。接着用去离子水反复洗涤至中性后蒸出溶剂。最后用无水乙醇重结晶可得淡黄色晶体4g的K2。

(2)在氮气条件下，将4g K2溶解于160ml N,N-二甲基甲酰胺中，加热至90℃，滴加16g N,N-二甲基甲酰胺二甲基缩醛，升温至120℃，回流24h，反应结束后减压蒸出溶剂N,N-二甲基甲酰胺和生成的少量乙醇，得到暗红色粘稠液体。粗产物K3无需处理。

(3)将粗产物K3经四氢呋喃溶解后在氮气保护下加入含10％钯碳催化剂的水溶液3g，在常压下通入氢气直至氢气不再被反应液吸收。蒸去溶剂后，产物以硅胶柱分离纯化(洗脱剂：二氯甲烷)，得淡绿色固体2g的K4。

3.该有机分子材料K4应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K4可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K4-1，同样地，1mol分子K4-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K4，以实现K4与K4-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入15g K4和3g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入1.5g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至200℃，微波发生器功率设定为100W，然后充入高纯氢气至压力达到10～12MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K4-1的纯度达到99.27％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取10g加氢分离产物(K4-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入1g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至100℃，微波发生器功率设定为100W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K4分子纯度为99.42％。

参考图4示出了本发明实施例4合成的苯并二吡咯类有机分子K4的核磁共振氢谱图。K4的核磁共振氢谱图

实施例5

1.本实施例中选用的有机分子材料K19(该材料为直接购买的产品，其厂家为重庆福腾医药化工有限公司Chemieliva Pharma&Chem Co.,Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M2中的一种分子，其密度1.15±0.1g/cm

2.该有机分子材料K19应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K19可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K19-1，同样地，1mol分子K4-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K19，以实现K19与K19-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入12g K4和1.5g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐和1.5g1-丁基-4-甲基吡啶溴盐，混合均匀后加入1.2g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至200℃，微波发生器功率设定为150W，然后充入高纯氢气至压力达到10～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K19-1的纯度达到99.02％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取2g加氢分离产物(K4-1，1-丁基-4-甲基吡啶氯盐以及1-丁基-4-甲基吡啶溴盐混合物)，加入0.3g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至110℃，微波发生器功率设定为150W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K19，分子纯度为99.11％。

实施例6

1.本实施例中选用的有机分子材料K22(该材料为直接购买的产品，其厂家为美国Aurora Fine Chemicals Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M2中的一种分子，其密度1.55±0.1g/cm

2.该有机分子材料K22应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K22可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K22-1，同样地，1mol分子K22-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K22，以实现K22与K22-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入6g K22和1g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入0.8g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至170℃，微波发生器功率设定为200W，然后充入高纯氢气至压力达到10～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K22-1的纯度达到99.17％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取3g加氢分离产物(K22-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入0.4g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至120℃，微波发生器功率设定为200W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K22，分子纯度为99.20％。

实施例7

1.本实施例中选用的有机分子材料K25(该材料为直接购买的产品，其厂家为美国Aurora Fine Chemicals Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M2中的一种分子，其密度1.690±0.06g/cm

2.该有机分子材料K25应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K25可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K25-1，同样地，1mol分子K25-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K25，以实现K25与K25-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入5g K25和1.5g 1-丁基-4-甲基吡啶溴盐，混合均匀后加入0.5g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至110℃，微波发生器功率设定为400W，然后充入高纯氢气至压力达到10～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K25-1的纯度达到99.55％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取4g加氢分离产物(K25-1和1-丁基-4-甲基吡啶溴盐混合物)，加入0.6g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至110℃，微波发生器功率设定为400W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K25，分子纯度为99.37％。

实施例8

1.本实施例中选用的有机分子材料K34(该材料为直接购买的产品，其厂家为香港Hong Kong Chemhere Co.,Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M1中的一种分子，其密度1.59±0.1g/cm

2.该有机分子材料K34应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K34可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K34-1，同样地，1mol分子K34-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K34，以实现K34与K34-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入9g K34和1g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入0.5g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至120℃，微波发生器功率设定为200W，然后充入高纯氢气至压力达到10～12MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K34-1的纯度达到99.23％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取3g加氢分离产物(K34-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入0.2g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至150℃，微波发生器功率设定为200W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K34，分子纯度为99.41％。

实施例9

1.本实施例中选用的有机分子材料K55(该材料为直接购买的产品，其厂家为美国Aurora Fine Chemicals Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M1中的一种分子，其密度1.04±0.1g/cm

2.该有机分子材料K55应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K55可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K55-1，同样地，1mol分子K55-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K55，以实现K55与K55-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入3g K55和0.75g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入0.3g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至150℃，微波发生器功率设定为300W，然后充入高纯氢气至压力达到10～12MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K55-1的纯度达到99.43％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取1g加氢分离产物(K55-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入0.1g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至150℃，微波发生器功率设定为300W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K55，分子纯度为99.11％。

实施例10

1.本实施例中选用的有机分子材料K64(该材料为直接购买的产品，其厂家为法国Ambinter)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M4中的一种分子，其密度1.15±0.1g/cm

2.该有机分子材料K64应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K64可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K64-1，同样地，1mol分子K64-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K64，以实现K64与K64-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入4g K64和2g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入0.5g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至125℃，微波发生器功率设定为100W，然后充入高纯氢气至压力达到10～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K64-1的纯度达到99.07％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取2g加氢分离产物(K64-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入0.2g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至130℃，微波发生器功率设定为100W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K64，分子纯度为99.19％。

实施例11

1.本实施例中选用的有机分子材料K73(该材料为直接购买的产品，其厂家为中国Abclabtory Scientific Co.,Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M4中的一种分子，其密度1.462±0.06g/cm

2.该有机分子材料K73应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K73可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K73-1，同样地，1mol分子K73-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K73，以实现K73与K73-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入6g K73和2g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入0.7g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至155℃，微波发生器功率设定为400W，然后充入高纯氢气至压力达到12～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K73-1的纯度达到99.20％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取2g加氢分离产物(K73-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入0.3g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至135℃，微波发生器功率设定为400W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K73，分子纯度为99.21％。

实施例12

1.本实施例中选用的有机分子材料K91(该材料为直接购买的产品，其厂家为重庆福腾医药化工有限公司Chemieliva Pharma&Chem Co.,Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M3中的一种分子，其密度1.468±0.06g/cm3，储氢量5.52wt％，分子结构如下：

2.该有机分子材料K91应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K91可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K91-1，同样地，1mol分子K91-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K91，以实现K91与K91-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入10g K91，1g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐和1g 1-丁基-4-甲基吡啶溴盐，混合均匀后加入0.8g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至185℃，微波发生器功率设定为200W，然后充入高纯氢气至压力达到12～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K91-1的纯度达到99.31％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取5g加氢分离产物(K91-1，g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐和1-丁基-4-甲基吡啶溴盐混合物)，加入0.5g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至185℃，微波发生器功率设定为200W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K91，分子纯度为99.78％。

实施例13

1.本实施例中选用的有机分子材料K103(该材料为直接购买的产品，其厂家为美国Aurora Fine Chemicals Ltd.)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M3中的一种分子，其密度1.183±0.06g/cm

2.该有机分子材料K103应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K103可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K103-1，同样地，1mol分子K103-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K103，以实现K103与K103-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入2.5g K103和0.5g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入0.5g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至120℃，微波发生器功率设定为500W，然后充入高纯氢气至压力达到12～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K103-1的纯度达到99.37％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取1.2g加氢分离产物(K103-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入0.3g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至120℃，微波发生器功率设定为500W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K103，分子纯度为99.67％。

实施例14

1.本实施例中选用的有机分子材料K115(该材料为直接购买的产品，其厂家为法国Ambinter)，为本发明上述实施例中提供的分子结构通式M5中的一种分子，其密度1.254±0.06g/cm

2.该有机分子材料K115应用于储氢时，加脱氢的可逆反应过程如下所示：

理论上，1mol分子K115可以储存5mol氢气，并生成1mol完全反应终产物K115-1，同样地，1mol分子K115-1可以释放5mol氢气生成完全反应终产物K115，以实现K115与K115-1之间的可逆吸放氢反应。下面将通过实验来具体说明该加氢和脱氢过程。

加氢过程：使用50ml反应器，加入3g K115和1g 1-丁基-4-甲基吡啶氯盐，混合均匀后加入0.5g商业钌氧化铝催化剂(钌含量5.0wt％)，用氩气排空反应器内空气后，磁力搅拌加热至150℃，微波发生器功率设定为300W，然后充入高纯氢气至压力达到12～15MPa。之后每隔30分钟充一次氢气，3小时停止反应，降温并测试最终反应产物分子K115-1的纯度达到99.04％。

脱氢过程：使用30ml三口烧瓶，取1.5g加氢分离产物(K115-1和1-丁基-4-甲基吡啶氯盐混合物)，加入0.2g商业钯氧化铝催化剂(钯含量5.0wt％)，三口烧瓶一口持续通入氩气作为反应保护气，一口插入冷凝管，另一口作为出气口可用气袋收集排出气体。磁力搅拌加热至150℃，微波发生器功率设定为300W，每隔30分钟采集一次气体产物和烧瓶内液相反应物，5小时后停止结束，检测气相和液相物质，气相为氢气和氩气混合气体，液相最终反应产物K115，分子纯度为99.51％。

需要指出的是，本申请的各个实施例中的步骤和方法，不仅限于对应的实施例中，各个实施例的操作细节以及注意事项，互相都是相应的。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明所提供的一种苯并二吡咯类有机分子的应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。