ГЕНЕРУВАННЯ ВОДНЮ ШЛЯХОМ ГІДРОЛІЗУ БОРОГІДРИДІВ
DOI:
https://doi.org/10.24025/2306-4412.1.2023.272721Ключові слова:
відновлювальна енергія, воднева енергетика, борогідрид натрію, напіврозклад, механізм реакціїАнотація
Пошук чистої енергії для заміни енергії викопного палива є актуальною проблемою сучасності. Водень вважається придатним кандидатом для виробництва чистого та стійкого палива через його доступність, високу щільність енергії та відсутність забруднення. Відносно безпечним і недорогим способом отримання достатньої кількості водню є гідроліз борогідридів. Так, наприклад, борогідрид натрію має високу гравіметричну щільність енергії 9300 Вт·год/кг; містить ~10,6 мас.% водню і його розчин може вивільнити 90 % і більше стехіометричної кількості водню через реакцію гідролізу, яку можна проводити в умовах навколишнього середовища. При використанні відповідного каталізатора можна не тільки прискорити реакцію гідролізу NaBH4, але й регулювати кількість виділеного водню і швидкість його утворення. У статті розглядаються такі важливі аспекти, як перспективність водних лужних розчинів борогідриду натрію для рідиннофазного хімічного зберігання водню, особливо в низькотемпературних паливних елементах, а також його місце в загальному ланцюгу водневої енергетики. Обговорюються методи вимірювання об’єму водню під час гідролізу борогідриду натрію; аналізується рН розчинів борогідриду натрію та його вплив на швидкість гідролізу. Розкриваються чотири найбільш вживані механізми реакції гідролізу борогідриду натрію.
Посилання
H. N. Abdelhamid, "A review on hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, no. 1, Jan., pp. 726-765, 2021.
I. Ivanenko, and A. Ruda, "Cobalt, nitrogen-doped carbons as catalysts for sodium borohydride hydrolysis: role of surface chemistry", Journal of Materials Science, vol. 57, no. 27, June, pp. 1994-2011, 2022.
G. Diao, H. Li, I. Ivanenko, and T. Dontsova, "Nickel and cobalt effect on properties of MWCNT-based anode for Li-ion batteries", Applied Nanoscience, vol. 10, no. 4, March, pp. 4839-4845, 2020.
I. Ivanenko, A. Voronova, I. Astrelin, and Y. Romanenko, "Structural and catalytic properties of Ni–Co spinel and its composites", Bulletin of Materials Science, vol. 42, no. 4, May, pp. 172-179, 2019.
J. Yao, Z. Wu, H. Wang, F. Yang, J. Ren, and Z. Zhang, "Application-oriented hydrolysis reaction system of solid-state hydrogen storage materials for high energy density target: A review", Journal of Energy Chemistry, vol. 74, Nov., pp. 218-238, 2022.
U. B. Demirci, and Ph. Miele, "Reaction mechanisms of the hydrolysis of sodium borohydride: A discussion focusing on cobalt-based catalysts", Comptes Rendus Chimie, vol. 17, no. 7-8, July-Aug., pp. 707-716, 2014.
D. Xu, Y. Zhang, and Q. Guo, "Research progress on catalysts for hydrogen generation through sodium borohydride alcoholysis", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 47, no. 9, Jan., pp. 5929-5946, 2022.
U. B. Demirci, O. Akdim, J. Andrieux, J. Hannauer, R. Chamoun, and P. Miele, "Sodium borohydride hydrolysis as hydrogen generator: Issues, state of the art and applicability upstream from a fuel cell", Fuel Cell, vol. 10, no. 3, June, pp. 335-350, 2010.
Y. Shang, and R. Chen, "Hydrogen storage via the hydrolysis of NaBH4 basic solution: Optimization of NaBH4 concentration", Energy Fuels, vol. 20, no. 5, May, pp. 2142-2148, 2006.
Rohm and Haas, Eds., Sodium borohydride digest. Rohm and Haas Company. Synthesis & Process Applications, Oct. 2003.
K. N. Mochalov, V. S. Chain, and G. G. Gil’manshin, "Kinetic studies on intermediate steps of BH4 hydrolysis", Kinetics and Katalisys, vol. 6, pp. 541-545, 1965.
J. A. Gardiner, and J. W. Collat, "Kinetics of the stepwise hydrolysis of tetrahydroborate ion", Journal of the American Chemical Society, vol. 87, pp. 1692-1700, 1965.
J. A. Gardiner, and J. W. Collat, "Polarography of the tetrahydroborate ion. The effect of hydrolysis on the system", Inorganic Chemistry, vol. 4, pp. 1208-1212, 1965.
F. T. Wang, and W. L. Jolly, "Kinetic study of the intermediates in the hydrolysis of the hydroborate ion", Inorganic Chemistry, vol. 11, pp. 1933-1941, 1972.
L. A. Levine, and M. M. Kreevoy, "Solvent isotope effects on tetrahydridoborate hydrolysis", Journal of the American Chemical Society, vol. 94, pp. 3346-3349, 1972.
L. M. Abts, J. T. Langland, and M. M. Kreevoy, "Role of water in the hydrolysis of tetrahydroborate(1-) ion", Journal of the American Chemical Society, vol. 97, pp. 3181-3185, 1975.
K. Kojima et al., "Hydrogen generation using sodium borohydride solution and metal catalyst coated on metal oxide", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 27, no. 10, Oct., pp. 1029-1034, 2002.
E. Y. Marrero-Alfonso, J. R. Gray, T. A. Davis, and M. A. Matthews, "Minimizing water utilization in hydrolysis of sodium borohydride: The role of sodium metaborate hydrates", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 32, no. 18, Oct., pp. 4723-4730, 2007.
J. Andrieux et al., "Revision of the NaBO2–H2O phase diagram for optimized yield in the H2 generation through NaBH4 hydrolysis", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 37, no. 7, Apr, pp. 5798-5810, 2012.
R. S. Liu et al., "Investigation on mechanism of catalysis by Pt-LiCoO2 for hydrolysis of sodium borohydride using X-ray absorption", The Journal of Physical Chemistry B, vol. 112, pp. 4870-4888, 2008.
T. F. Hung et al., "An alternative cobalt oxide-supported platinum catalyst for efficient hydrolysis of sodium borohydride", Journal of Materials Chemistry, vol. 21, no. 32, pp. 11754-11759, 2011.
J. Andrieux, U. B. Demirci, and P. Miele, "Langmuir–Hinshelwood kinetic model to capture the cobalt nanoparticles-catalyzed hydrolysis of sodium borohydride over a wide temperature range", Catalysis Today, vol. 170, no. 1, July, pp. 13-19, 2011.
G. Guella, C. Zanchetta, B. Patton, and A. Miotello, "New insights on the mechanism of palladium-catalyzed hydrolysis of sodium borohydride from 11B NMR measurements", The Journal of Physical Chemistry B, vol. 110, no. 34, Aug., pp. 17024-1757, 2006.
R. Pen˜a-Alonso, A. Sicurelli, E. Callone, G. Carturan, and R. Raj, "A picoscale catalyst for hydrogen generation from NaBH4 for fuel cells", Journal of Power Sources, vol. 165, no. 1, Feb., pp. 315-323, 2008.
K. A. Holbrook, and P. J. Twist, "Hydrolysis of the borohydride ion catalysed by metal–boron alloys", Journal of the Chemical Society A: Inorganic, Physical, Theoretical, vol. 0, pp. 890-894, 1971.
J. C. Walter, A. Zurawski, D. Montgomery, M. Thornburg, and S. Revankar, "Sodium borohydride hydrolysis kinetics comparison for nickel, cobalt, and ruthenium boride catalysts", Journal of Power Sources, vol. 179, no. 1, Apr., pp. 335-339, 2008.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
URN
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Ірина Іваненко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому збірнику, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають збірнику право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License CC BY-NC, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому збірнику.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи в тому вигляді, в якому її опубліковано цим збірником (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому збірнику.
Політика збірника наукових праць дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
