氢化锂

【背景及概述】^[1][2][3]

氢化锂，其CAS号为7580-67-8，化学式HLi，分子量7.94894，白色或带蓝色的透明块状或粉末，熔点680ºC，密度0.82，沸点850（分解），房通风低温干燥，与氧化剂、卤素、强酸分开存放。氢化锂是锂的氢化物。它是无色晶体，通常带有杂质而呈灰色。氢化锂属于类盐氢化物，熔点很高，且对热稳定。比热容为29.73 J/mol*k，导热性随温度升高而下降，随组成和压力的变化也有不同（10~5 W/m*K，400 K）。氢化锂可燃，与水剧烈反应生成腐蚀性的氢氧化锂和氢气。氢化锂的氢密度(单位体积内所含氢原子的个数)大于液态氢，和水的氢密度接近，并且锂的中子吸收截面较大， 因此被认为是目前最有效的中子屏蔽材料。此外氢化锂还具有熔点高、分解压低、密度小等优点，常被用于核动力飞机和空间核能装置中进行中子屏蔽。与其他金属氢化物的合成方法相似，目前合成氢化锂最有效和简单的方法就是将金属锂直接氢，此外还有一些其他的合成方法。有研究提出了一种温和条件下合成氢化锂的方法，催化剂是由萘或萘的甲基衍生物和TiCl₄ 组成，这样合成的氢化锂具有很高的活性。它可以使金属锂在25～50 ℃常压加氢，根据催化剂的不同组成，锂可以在2～5 h内转化成氢化锂。但该方法所制备氢化锂产量小，仅适用于实验室就地制备以供进一步反应使用。

【制备】^[1]

采用如图所示的真空氢化系统装置，氢化炉的温度可达到950 ℃，真空度可达2 ×10 ^{- 3} Pa。原料为纯度大于99. 9 %金属锂和高纯氢气：

将金属锂装入坩埚并放进炉内，用机械泵、扩泵抽真空至1 ×10 ^{- 3} Pa 时，给氢化炉供电升温，此时氢气净化炉升温至400 ℃左右准备供气，以一定的流速通入经净化后的氢气使炉内保持一定的压力。当温度上升至吸氢温度时，停止加热保温直至无吸氢反应为止。待吸氢速率变得缓慢后继续升高温度，保证无吸氢反应。

【应用】^[2][3]

氢化锂在软X射线长波长范围具有低吸收率的性质，它是一种相对稳定的化合物，故氢化锂材料有望在软X射线多层膜中充当间隔层。另外氢化锂含有高密度的氢及氢的同位素，氢的密度比液氢的密度高；而且6Li可以捕获中子，用作中子屏蔽层和慢化剂，6 Li与中子反应生成氚，可用作氚的增值剂。这些性质使得氢化锂有望用作ICF靶丸中燃料层。脉冲激光沉积技术具有适用材料范围广、薄膜纯度高、表面平滑等优点，它十分适用于制备ICF薄膜。

此外，氢化锂还可以活化后用来制备氢。氢能是一种环境友好、储量丰富又可再生的理想能源，已经受到人们的普遍重视，美国、日本、欧盟和韩国等均将开发氢能，建立氢经济社会列入了国家长期能源战略。建立氢经济社会，涉及氢的制备、贮运、氢能的高效利用技术以及过渡到氢经济社会以后的影响等问题。传统工业制氢方法虽然存在能耗高和环境污染等方面的缺陷，但总地说来，技术上已经趋于成熟，成本也比较低。相比之下，贮氢技术目前还没有达到理想程度。例如，为实现燃油汽车向燃氢汽车的过渡，美国能源部订立的近期贮氢材料技术指标为必须达到6.5wt.％，传统的压缩氢气贮氢和液氢存贮技术均难以实现上述指标，因此对贮氢材料的研究成为热点。氢化锂作为一种候选的金属氢化物贮氢材料，具有贮氢量大，容易合成等优点，但是其热稳定性非常高，分解温度达到850℃，因而不能作为贮氢材料来使用。解决这个问题的一个思路 是利用活化剂将氢化锂活化，使其在较低的温度分解，释放出氢气，从而作为贮氢材料使用。该方法包括以下步骤：

1）物料混合：将低熔点金属或合金同氢化锂混合均匀，所述氢化锂含量为10-95wt.％；

2）加热放氢：将步骤1）中的混合物加热至70-700℃；反应气氛为氮气、氢气、氩气、氮-氢混合气或氩-氢混合气，或者为真空。

【参考文献】

[1] 王宝明, 张建东, 王力军. 氢化法制备氢化锂的工艺研究[J]. 稀有金属, 2010 (5).

[2] 雷洁红, 段浩, 邢丕峰, 等. 氢化锂薄膜的应用研究[J]. 材料開發與應用, 2010, 25(5): 95-97.

[3] 孙大林；张汉平；吴宇平.一种将氢化锂活化制氢的方法. CN200810202866.5，申请日2008-11-18