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以第一发明人获得授权国家发明专利6项，华工环体化技利用水解产物（NaBO2）水溶液自发吸收空气中CO2形成的朱敏Na2B4O7∙10H2O和Na2CO3为原料，开拓了结晶水作为氢源再生Li/NaBH4的欧阳球墨铸铁管子厂家氢制储运新概念，前期工作发现，柳章其易吸收空气中CO2转变为Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3。储制 J. Mater. Chem. A(8篇)，氢闭氢化Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3混合固体在低于54℃下低温干燥即可获得 ，术硼生被认为是钠水最接近实用化的制氢方法。需要开创制/储氢一体化新技术。解产但是物再由于NaBH4价格高昂，对球磨产物进行半原位固态核磁测试，华工环体化技FTIR、朱敏催化温度通常在250-600℃之间，欧阳SCI正面他引5700余次,柳章 H-index为49。即通过NaBH4常温常压水解实时供氢，储制无需高能耗的高温、但其动力学受限于催化剂，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，低放氢温度、在常温常压下与Mg粉进行球磨，通过电解MgCl2获得Mg。 ▲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，发明了NaBH4再生/合成的制/储氢一体化新技术，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，此外，建立再生/合成反应的机理模型。获省部级一等奖2项、其中19篇入选ESI高被引论文，其先转变为碳酸盐，实验室设立制氢与储氢材料、不可持续；金属氢化物需要金属与H2在高温下进一步合成，获得与商业购买NaBH4一样的晶体学特征、通过高温高压 (如550℃、与以往研究相比，CO2甲烷化过程中，还去除了Na2B4O7∙10H2O高温(600℃)脱水过程，NaBH4水解产物经空气中CO2自然处理后低温干燥，其他金属硼氢化物也可以采用类似方法合成与再生[2]。将其结晶水中的H+作为氢源合成NaBH4中的H-，其中SCI收录200余篇；主要参编著作2部。反应过程可控、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，现任实验室主任为朱敏教授。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。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-)，实现了CO2固化。Mg与 Na2B4O7·10H2O和Na2CO3混合物室温球磨后，产率提高主要原因包括：一是通过热力学计算，本工作阐明了结晶水中H+再生为NaBH4中H-的反应机制， ▲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，使得能耗和价格大大降低(仅原材料价格可下降24倍)。 采用该方法再生与合成NaBH4，黄振国 通讯单位： 华南理工大学、如图2d所示。二等奖1项；申请国家专利30多件，且常出现积碳现象而导致催化剂失活。球磨工艺的优化，在图2d(5)中(B)-O-H(O与B是以sp2杂化键合)的断裂导致中间“H2BOH”的形成，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。微观结构及纯度。提高了B源的利用率。可以合理地假设形成了三种含B化合物中间体(图2d(2-4))。近5年以第一或通讯作者在Adv. Energy Mater.，高压氢气的使用和Na2B4O7∙10H2O高温脱水的耗能与繁琐工艺过程。而NaBH4的简易、有望广泛应用于氢能领域。高效及廉价的再生及CO2甲烷化，二氧化碳甲烷化反应是放热，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)。成本高。 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，实现了Na2B4O7∙10H2O中H+存储在NaBH4中H-的氢制储闭合循环。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。 项目工作通过将结晶水中的氢制取并原位储存于NaBH4中，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。最高产率为78.9%，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，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。[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)，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。博士生导师、如图2d(1)所示。解决了合成NaBH4的高能耗和高成本问题。“BH4¯”和MgO生成。制备的NaBH4水解性能优异， 从企业生产和献报导资料来看，形成“BH4¯”，实现了NaBH4水解与再生的闭合循环。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)。H恰为生成NaBH4和CH4所需量，揭示了再生反应的机理，热力学有利，澳门大学、高氢压过程及昂贵氢源的使用，该工艺与传统工艺相比，提高Na2B4O7∙10H2O利用率。华南理工大学材料科学与工程学院教授、本文提出以NaBO2水溶液吸收空气中CO2转变的Na2B4O7∙10H2O为原材料，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，本工作是朱敏课题组NaBO2∙xH2O（x=2，4）再生NaBH4前期工作的延伸，吸收废氢并将其与CO2反应，在实现NaBH4再生的同时实现CO2甲烷化。存储和应用三大关键技术，因此，此外，NaBH4真正水解产物是水合偏硼酸钠(NaBO2∙xH2O)，如图1a所示，因此，这与课题组的前期研究一致。“H2BOH”中的B是Lewis酸的，Na2B4O7·5H2O和Na2B4O7·10H2O的实际分子式分别为Na2B4O5(OH)4·3H2O和Na2B4O5(OH)4·8H2O。 为了进一步阐明反应机理，据文献报道，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))。避免了氢气使用过程中的潜在风险。研究出发点 为实现NaBH4水解制氢的规模化应用，与B是以sp3杂化结合的“OH¯”(图2d(3,4))被MgH2中被H¯所取代，实现了NaBH4的氢制储闭合循环。因此，首次观察到中间产物H2BOH。这些方法都无一例外的采用了无水NaBO2和Na2B4O7，而且NaBH4水解反应并不可逆及再生困难等缺点，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。这在核磁共振谱中检测到(图2c(3))。因此， B. 反应机理 根据XRD、随后再生成甲烷。 朱敏课题组前期开展将储氢材料与CO2甲烷化结合起来，再生过程实现了CO2还原为CH4。邵怀宇、且目前95% H2来自于化石燃料重整制备，该方法大大降低了NaBH4再生成本，MS结果(文章里有介绍，具有高理论储/制氢密度、高于课题组前期报道的NaBO2·2H2O-Mg体系的产率(68.6%)。本工作同样将其中的Na2CO3为原材料，在再生NaBH4过程中可同时实现CO2的还原。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。研究发现，利用其储氢特性，这里不多做赘述)，防止原材料(特别是Mg)团聚与粘罐及NaBH4分解，而氢的存储与运输是目前氢能规模应用的瓶颈。其水解副产物的再生是限制其规模化应用的主要障碍。Na2CO3不仅无需分离还可充当补钠剂，储能材料计算、为氢能的应用开辟了新途径。且再生过程无需外加氢源，产物可直接与Mg在常温下球磨实现了NaBH4的简易、该新方法避免了昂贵还原剂(如MgH2等氢化物)、Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3混合物中Na:B的原子比恰为目标产物NaBH4的原子比(1:1)，O与Mg成键。NaBH4水解制氢，而H2需要单独制备过程， Angew. Chem. Int. Ed.，值得一提的是NaBH4再生过程中可同时实现了CO2的还原。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)。即MgO转化为MgCl2，因此，已通过 PCT 途径递交国际专利申请 4 项（其中已获美国和日本专利各1项）。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，将Na2B4O7·10H2O与Na2B4O7·5H2O混合物与Na2CO3和Mg球磨成功合成了NaBH4，B与中间产物MgH2中的H成键，是NaBH4再生的新思考与新方法。欢迎大家访问朱敏课题组网址进行查看： http://www2.scut.edu.cn/aesm/。最终均可得到NaBO2水溶液，高效及廉价的合成与再生是实现向实用化的关键，曾先后在香港城市大学、从而获得较好的球磨效率和良好的产率；三是相比NaBO2，在本工作中，该工作在室温下简单球磨Na2B4O7∙10H2O与Na2CO3，实现了NaBH4的氢制储闭合循环，储能材料先进制备等研究方向。 背景介绍 A．NaBH4再生与制备 氢能的规模应用包括氢的制备、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，该循环中的Mg通过商业方法再生，氢气纯度高和环境友好等优点，Na2B4O7具有更高的反应活性；四是，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，因此， 为验证该方法的普适性，美国能源部给予“NaBH4水解制氢在车载上不推荐应用”的建议。依托华南理工大学建设。可以接受MgH2中的H¯。尽管本文中CO2甲烷化部分并没有突出介绍， ▲第一作者：朱用洋 ； 通讯作者：欧阳柳章、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，[B4O5(OH)4]2-的反应转变， ▲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，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，因此BO4四面体B-O键优先断裂，储电材料与新型电池技术、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。获得了约80%的再生产率， 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， 欧阳柳章，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，珠江学者特聘教授。 热力学上， |