Transport and reaction properties of new Bor-hydride-hydrate-oxide sodalites

• Applicants: Professor Dr. Thomas Bredow; Professor Dr. Claus Henning Rüscher
• Subject Area: Mineralogy, Petrology and Geochemistry
• Term: from 2013 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 238690921

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Durch die Wassereinlagerungen in hydrothermal hergestellten NaBH4- Sodalithen lassen sich durch gezielte thermische Behandlungen NaBO2-NaBH4- Mischkristalle herstellen. Die Entstehung der NaBO2-Kafigfüllungen sind dabei einer Entwässerung von NaB(OH)4-, bzw. NaBO(OH)2-Käfigfüllungen zuzuschreiben. Das hierbei generierte Wasser führt effektiv zur weiteren Wasserstofffreisetzung. Der Prozess kommt zum Erliegen, sobald das Wasser und Spezies A verbraucht sind, so dass im Prinzip nur das System NaBO2-NaBH4-Sodalith verbleibt. Wie früher gezeigt, kann die Reaktion durch Wasserbeladung fortgeführt werden. Es konnte gezeigt werden, dass ein einfacher Zutritt von Protonen nicht ausreicht, [BH4-]-Käfigfüllung zu destabilisieren. Vielmehr ist das Freischalten der Sechringfenster nötig, so dass auch größere Hydrid- oder Hydroxid-Ionen wie OH-, H-, oder H2O Moleküle eine deutliche Wahrscheinlichkeit für das Verlassen, bzw. den Zutritt der Sodalithkäfige erhalten. Eine Wasserstoffwiederbeladung ist allerdings unmöglich, weil Borhydrid-Hydratspezies auch im Sodalithen nicht stabilisiert werden können. Es konnte ein zweiter Reaktionsweg in Gegenwart von O2 nachgewiesen werden, der über eine Verbrennung und Wasserfreisetzung zu BO2-Species führt. Das gebildete Wasser kann dann zur weiteren Wasserstofffreisetzung gelangen.

Publications

• NaBH4 geopolymer composites. Ceramic engeneering and science proceedings, Vol. 35, 3-14 (2014)
  L. Schomborg, C. H. Rüscher, J. C. Buhl, F. Kiesel
  
• Structure and IR vibrational spectra of Na8[AlSiO4]6(BH4)2: comparison of theory and experiment. J. Phys. Chem. A, 118, 7066-7073 (2014)
  A. G. Schneider, T. Bredow, L. Schomborg, C. H. Rüscher
  
• Aluminosilicate borohydrides: NaBH4 embedded in sodalite and gel structures. Dissertation LUH, 2015, 1-205
  L. Schomborg
  
• Amonia borane geopolymer (AB-G) composites. Ceramic engeneering and science proceedings, Vol 36, 21-35 (2015)
  L. Schomborg, Z. Assi, J. C. Buhl, C. H. Rüscher, M. Wark
  
• NH3BH3 and NaBH4 enclosed in geopolymers and zeolites. Ceramic Transactions 257 (2015) 105-118
  C. H. Rüscher, L. Schomborg, Z. Assi, J. C. Buhl
  
• Dehydration diffusion of B(OH)4-sodalite investigated by micro-Raman spectroscopy on single crystals and combined TG/IR on powders. Diffusion-fundamentals.org 25, 1-13 (2016)
  C. H. Rüscher F. Kiesel, A. Wollbrink, L. Schomborg, J. C. Buhl
  
• Investigations of the thermally induced hydrogen release of NaBH4, NH3BH3 and their geopolymer composites. Ceramic Engineering and science proceedings, Vol. 37 (2016) 16 pages
  Z. Assi, L. Schomborg, C. H. Rüscher
  
• Structural and chemical investigations of the thermal behavior of B-H based materials (NaBH4 and NH3BH3) and their oxidation metaborate by-products. Dissertation LUH, 2016, 1-201
  Z. Assi
  
• Structure, vibrational spectra and 11B-NMR chemical shift of Na8[AlSiO4]6(B(OH)4)2: comparison of theory and experiment. J. Phys. Chem. A, 120, 7503-7509 (2016)
  A. G. Schneider, L. Schomborg, Anna C. Ulpe, Claus H. Rüscher, T. Bredow