Hydrolysis of ammonia borane as a hydrogen source: Fundamental issues and potential solutions towards implementation

ChemSusChem

Volumn 4, Issue 12, 2011, Pages 1731-1739

  Sanyal, Udishnu ^a   Demirci, Umit B ^b,c   Jagirdar, Balaji R ^a   Miele, Philippe ^c  

^a INDIAN INSTITUTE OF SCIENCE   (India)

^b UNIVERSITÉ CLAUDE BERNARD LYON 1   (France)

^c UNIVERSITÉ DE MONTPELLIER   (France)

Author keywords

boranes; dehydrogenation; hydrogen; hydrogen storage; hydrolysis

Indexed keywords

AMMONIA; BORON COMPOUNDS; BYPRODUCTS; DEHYDROGENATION; ENERGY POLICY; FOSSIL FUELS; GLOBAL WARMING; HYDROGEN; HYDROLYSIS;

AMMONIA BORANE; BORANES; CHEMICAL HYDROGEN STORAGE; HYDROGEN SOURCES; REACTION SCHEMES; STATE OF THE ART; STORAGE CAPACITY; TECHNOLOGICAL APPLICATIONS;

HYDROGEN STORAGE;

AMMONIA; BORANE DERIVATIVE; HYDROGEN;

CHEMISTRY; ENERGY RESOURCE; HYDROLYSIS; REVIEW;

AMMONIA; BORANES; ENERGY-GENERATING RESOURCES; HYDROGEN; HYDROLYSIS;

EID: 83455164480     PISSN: 18645631     EISSN: 1864564X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cssc.201100318     Document Type: Review

References (149)

1. F. A. de Bruijn, ChemSusChem 2008, 1, 782-783
2. R. Schlögl, ChemSusChem 2010, 3, 209-222.
3. N. Armaroli, V. Balzani, ChemSusChem 2011, 4, 21-26.
4. T. K. Mandal, D. H. Gregory, Annu. Rep. Prog. Chem. Sect. A 2009, 105, 21-54.
5. U. B. Demirci, P. Miele, Energy Environ. Sci. 2009, 2, 627-637
6. U. B. Demirci, P. Miele, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3334-3341.
7. U. S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy and The Freedom CAR and Fuel Partnership, "Targets for onboard hydrogen storage systems for light-duty vehicles", September 2009, to be found under
8. J. Yang, A. Sudik, C. Wolverton, D. J. Siegel, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 656-675.
9. U. Eberle, M. Felderhoff, F. Schüth, Angew. Chem. 2009, 121, 6732-6757
10. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6608-6630.
11. C. W. Hamilton, R. T. Baker, A. Staubitz, I. Manners, Chem. Lett. Chem. Soc., Rev. 2009, 38, 279-293
12. T. Umegaki, J. M. Yan, X. B. Zhang, H. Shioyama, N. Kuriyama, Q. Xu, Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 2303-2311.
13. S. G. Shore, R. W. Parry, J. Am. Chem. Soc. 1955, 77, 6084-6085.
14. T. B. Marder, Angew. Chem. 2007, 119, 8262-8264
15. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 8116-8118
16. B. Peng, J. Chen, Energy Environ. Sci. 2008, 1, 479-483.
17. P. Wang, X. D. Kang, Dalton Trans. 2008, 5400-5413.
18. P. Jena, J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 206-211.
19. N. C. Smythe, J. C. Gordon, Eur. J. Inorg. Chem. 2010, 509-521.
20. V. Sit, R. A. Geanangel, W. W. Wendlandt, Thermochim. Acta 1987, 113, 379-382.
21. P. E. de Jongh, P. Adelhelm, ChemSusChem 2010, 3, 1332-1348.
22. C. A. Jaska, K. Temple, A. J. Lough, I. Manners, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9424-9434.
23. S. K. Kim, W. S. Han, T. J. Kim, T. Y. Kim, S. W. Nam, M. Mitoraj, L. PiekoÅ, A. Michalak, S. J. Hwang, S. O. Kang, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9954-9955.
24. M. E. Bluhm, M. G. Bradley, R. Butterick III, U. Kusari, L. G. Sneddon, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7748-7749.
25. Z. Xiong, C. K. Yong, G. Wu, P. Chen, W. Shaw, A. Karkamkar, T. Autrey, M. O. Jones, S. R. Johnson, P. P. Edwards, W. I. F. David, Nat. Mater. 2008, 7, 138-141.
26. H. L. Jiang, S. K. Singh, J. M. Yan, X. B. Zhang, Q. Xu, ChemSusChem 2010, 3, 541-549
27. H. L. Jiang, Q. Xu, Catal. Today 2011, 170, 56-63.
28. M. Chandra, Q. Xu, J. Power Sources 2006, 159, 855-860.
29. R. M. Adams, J. Beres, A. Dodds, A. J. Morabito, Inorg. Chem. 1971, 10, 2072-2074.
30. E. Mayer, Inorg. Chem. 1972, 11, 866-869
31. E. Mayer, Inorg. Chem. 1973, 12, 1954-1955.
32. S. G. Shore, R. W. Parry, J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 12-15
33. S. G. Shore, R. W. Parry, J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 8-12
34. M. G. Hu, J. M. Van Paasschen, R. A. Geanangel, J. Inorg. Nucl. Chem. 1977, 39, 2147-2150
35. D. J. Heldebrant, A. Karkamkar, J. C. Linehan, T. Autrey, Energy Environ. Sci. 2008, 1, 156-160
36. C. F. Lane, Ammonia-Borane and Related N-B-H Compounds and Materials: Safety Aspects, Properties and Applications, to be found under, 2006.
37. P. V. Ramachandran, P. D. Gagare, Inorg. Chem. 2007, 46, 7810-7817.
38. A. B. Burg, H. I. Schlesinger, J. Am. Chem. Soc. 1937, 59, 780-787
39. A. B. Burg, C. L. Randolph Jr, J. Am. Chem. Soc. 1949, 71, 3451-3455
40. E. R. Burkhardt, B. M. Coleridge, Tetrahedron Lett. 2008, 49, 5152-5155
41. N. Kuhn, M. Schulten, E. Zauder, N. Augart, R. Boese, Chem. Ber. 1989, 122, 1891-1896
42. M. A. Paz-Sandoval, C. Camacho, R. Contreras, B. Wrackmeyer, Spectrochim. Acta Part A 1987, 43 A, 1331-1335
43. C. J. Swain, C. Kneen, R. Baker, Tetrahedron Lett. 1990, 31, 2445-2448
44. C. Narayana, M. Periasamy, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1987, 1857-1859.
45. R. W. Parry, L. J. Edwards, J. Am. Chem. Soc. 1959, 81, 3554-3560.
46. S. G. Shore, K. W. Böddeker, Inorg. Chem. 1964, 3, 914-915.
47. M. Potyen, K. V. B. Josyula, M. Schuck, S. Lu, P. Gao, C. Hewitt, Org. Process Res. Dev. 2007, 11, 210-214.
48. J. V. B. Kanth, Aldrichimica Acta 2002, 35, 57-66.
49. A. Staubitz, A. P. M. Robertson, I. Manners, Chem. Rev. 2010, 110, 4079-7124.
50. U. B. Demirci, O. Akdim, J. Andrieux, J. Hannauer, R. Chamoun, P. Miele, Fuel Cells 2010, 10, 335-350.
51. Can be found under for the compounds "sodium borohydride" and "borane-ammonia complex" (accessed in June 2011).
52. U. S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy and The Freedom CAR and Fuel Partnership, "Go/No-go recommendation for sodium borohydride for on-board vehicular hydrogen storage", November 2007, to be found under.
53. E. L. Lippert, W. N. Lipscomb, J. Am. Chem. Soc. 1956, 78, 503-504.
54. R. Custelcean, Z. A. Dreger, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9231-9235.
55. C. F. Hoon, E. C. Reynhardt, J. Phys. C 1983, 16, 6129-6136
56. E. C. Reynhardt, C. F. Hoon, J. Phys. C 1983, 16, 6137-6152.
57. R. D. Suenram, L. R. Thorne, Chem. Phys. Lett. 1981, 78, 157-160
58. L. R. Thorne, R. D. Suenram, F. J. Lovas, J. Chem. Phys. 1983, 78, 167-171.
59. H. M. Colquhoun, G. Jones, J. M. Maud, J. F. Stoddart, D. J. Williams, J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1984, 63-66
60. D. R. Alston, J. F. Stoddart, J. B. Wolstenholme, B. L. Allwood, D. J. Williams, Tetrahedron 1985, 41, 2923-2926
61. D. A. Pears, H. Shahriari-Zavareh, J. F. Stoddart, J. Crosby, B. L. Allwood, D. J. Williams, Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1988, 44, 1101-1104
62. D. A. Pears, H. Shahriari-Zavareh, J. F. Stoddart, J. Crosby, B. L. Allwood, D. J. Williams, Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1988, 44, 1106-1109
63. D. A. Pears, H. Shahriari-Zavareh, J. F. Stoddart, J. Crosby, B. L. Allwood, A. M. Z. Slawin, D. J. Williams, Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1988, 44, 1112-1115
64. D. A. Pears, H. Shahriari-Zavareh, J. F. Stoddart, J. Crosby, B. L. Allwood, D. J. Williams, Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1988, 44, 1118-1121.
65. W. T. Klooster, T. F. Koetzle, P. E. M. Siegbahn, T. B. Richardson, R. H. Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 6337-6343.
66. T. B. Richardson, S. De Gala, R. H. Crabtree, P. E. M. Siegbahn, J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 12875-12876
67. S. Trudel, D. F. R. Gilson, Inorg. Chem. 2003, 42, 2814-2816.
68. A. Haaland, Angew. Chem. 1989, 101, 1017-1032
69. Angew. Chem. Int. Ed. in Engl. 1989, 28, 992-1007.
70. D. A. Dixon, M. Gutowski, J. Phys. Chem. A 2005, 109, 5129-5135.
71. M. G. Hu, R. A. Geanangel, W. W. Wendlandt, Thermochim. Acta 1978, 23, 249-255
72. R. A. Geanangel, W. W. Wendlandt, Thermochim. Acta 1985, 86, 375-378
73. G. Wolf, J. Baumann, F. Baitalow, F. P. Hoffmann, Thermochim. Acta 2000, 343, 19-25
74. F. Baitalow, J. Baumann, G. Wolf, K. Jaenicke-Rosler, G. Leitner, Thermochim. Acta 2002, 391, 159-168
75. J. Baumann, F. Baitalow, G. Wolf, Thermochim. Acta 2005, 430, 9-14.
76. M. Couturier, J. L. Tucker, B. M. Andresen, P. Dubé, J. T. Negri, Org. Lett. 2001, 3, 465-467
77. M. Couturier, B. M. Andresen, J. B. Jorgensen, J. L. Tucker, F. R. Busch, S. J. Brenek, P. Dubé, D. J. am Ende, J. T. Negri, Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 42-48
78. Q. Xu, M. Chandra, J. Power Sources 2006, 163, 364-370
79. T. J. Clark, G. R. Whittell, I. Manners, Inorg. Chem. 2007, 46, 7522-7527
80. S. B. Kalidindi, M. Indirani, B. R. Jagirdar, Inorg. Chem. 2008, 47, 7424-7429
81. S. B. Kalidindi, U. Sanyal, B. R. Jagirdar, Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5870-5874
82. S. B. Kalidindi, A. A. Vernekar, B. R. Jagirdar, Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 770-775.
83. F. Cheng, H. Ma, Y. Li, J. Chen, Inorg. Chem. 2007, 46, 788-794.
84. M. Chandra, Q. Xu, J. Power Sources 2006, 156, 190-194.
85. P. A. Storozhenko, R. A. Svitsyn, V. A. Ketsko, A. K. Buryak, A. V. Ul'yanov, Russ. J. Inorg. Chem. 2005, 50, 980-985.
86. J. S. Wang, R. A. Geanangel, Inorg. Chim. Acta 1988, 148, 185-190.
87. F. H. Stephens, V. Pons, R. T. Baker, Dalton Trans. 2007, 2613-3126.
88. E. Y. Marrero-Alfonso, A. M. Beiard, T. A. Davis, M. A. Matthews, Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48, 3703-3712.
89. U. B. Demirci, O. Akdim, P. Miele, Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 2638-2645.
90. J. Andrieux, PhD thesis, University of Lyon 1 (France), 2009.
91. E. Y. Marrero-Alfonso, J. R. Gray, T. A. Davis, M. A. Matthews, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 4723-4730.
92. J. Andrieux, U. B. Demirci, J. Hannauer, C. Gervais, C. Goutaudier, P. Miele, Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 224-233.
93. N. Patel, R. Fernandes, G. Guella, A. Miotello, Appl. Catal. B: Environ. 2010, 95, 137-143.
94. N. Mohajeri, A. T-Raissi, O. Adebiyi, J. Power Sources 2007, 167, 482-485.
95. J. Hannauer, U. B. Demirci, C. Geantet, J. M. Herrmann, P. Miele, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 3809-3818
96. G. P. Rachiero, U. B. Demirci, P. Miele, Catal. Today 2011, 170, 85-92
97. G. P. Rachiero, U. B. Demirci, P. Miele, Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 7051-7065.
98. H. Corti, R. Crovetto, R. Fernandez-Prini, J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1980, 76, 2179-2186.
99. A. Brockman, Y. Zheng, J. Gore, Int. J. Hydrogen Energy 2010, 35, 7350-7356.
100. U. B. Demirci, P. Miele, J. Power Sources 2010, 195, 4030-4035.
101. U. B. Demirci, P. Miele, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 14651-14665.
102. B. H. Liu, Z. P. Li, S. Suda, J. Alloys Compd. 2009, 468, 493-498.
103. Ã. Ãakanyildirim, M. Gürü, Int. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 4634-4639.
104. Y. Wu, M. T. Kelly, J. V. Ortega, Review of Chemical Processes for the Synthesis of Sodium Borohydride, to be found under, 2007.
105. H. K. Atiyeh, B. R. Davis, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 229-236.
106. Y. Kojima, T. Haga, Int. J. Hydrogen Energy 2003, 28, 989-993
107. Z. P. Li, N. Morigazaki, B. H. Liu, S. Suda, J. Alloys Compd. 2003, 349, 232-236
108. C. H. Liu, B. H. Chen, D. J. Lee, J. R. Ku, F. Tsau, Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 9864-9869.
109. C. G. Salentine, Inorg. Chem. 1983, 22, 3920-3924.
110. U. B. Demirci, S. Bernard, R. Chiriac, F. Toche, P. Miele, J. Power Sources 2011, 196, 279-286.
111. C. H. Liu, Y. C. Wu, C. C. Chou, B. H. Chen, C. L. Hsueh, J. R. Ku, F. Tsau, Int. J. Hydrogen Energy,DOI:.
112. M. Diwan, V. Diakov, E. Shafirovich, A. Varma, Int. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 1135-1141
113. M. Diwan, H. T. Hwang, A. Al-Kukhun, A. Varma, AIChE J. 2011, 57, 259-264
114. H. T. Hwang, A. Al-Kukhun, A. Varma, Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 10994-11000.
115. T. V. Choudhary, C. Sivadinarayana, D. W. Goodman, Catal. Lett. 2001, 72, 197-201
116. A. S. Chellappa, C. M. Fisher, W. J. Thomson, Appl. Catal. A: Gen. 2002, 227, 231-240
117. J. C. Ganley, E. G. Seebauer, R. I. Masel, J. Power Sources 2004, 137, 53-61.
118. S. F. Yin, Q. H. Zhang, B. Q. Xu, W. X. Zhu, C. F. Ng, C. T. Au, J. Catal. 2004, 224, 384-396.
119. M. E. E. Abashar, Y. S. Al-Sughair, I. S. Al-Mutaz, Appl. Catal. A: Gen. 2002, 236, 35-53
120. S. F. Yin, B. Q. Xu, S. J. Wang, C. F. Ng, C. T. Au, Catal. Lett. 2004, 96, 113-116.
121. M. Itoh, M. Masuda, K. Machida, Mater. Trans. 2002, 43, 2763-2767.
122. J. G. Choi, M. K. Jung, S. Choi, T. K. Park, I. H. Kuk, J. H. Yoo, H. S. Park, H. S. Lee, D. H. Ahn, H. S. Chung, Bull. Chem. Soc. Jpn. 1997, 70, 993-996
123. J. G. Choi, J. Ha, J. W. Hong, Appl. Catal. A: Gen. 1998, 168, 47-56
124. C. H. Liang, W. Z. Li, Z. B. Wei, Q. Xin, C. Li, Ind. Eng. Chem. Res. 2000, 39, 3694-3697.
125. M. C. J. Bradford, P. E. Fanning, M. A. Vannice, J. Catal. 1997, 172, 479-484
126. G. Papapolymerou, V. Bontozoglou, J. Mol. Catal. A: Chem. 1997, 120, 165-171
127. S. J. Wang, S. F. Yin, L. Li, B. Q. Xu, C. F. Ng, C. T. Au, Appl. Catal. B: Environ. 2004, 52, 287-299
128. S. F. Yin, B. Q. Xu, C. F. Ng, C. T. Au, Appl. Catal. B: Environ. 2004, 48, 237-241.
129. W. Rarõg-Pilecka, D. Szmigeel, Z. Kowalczyk, S. Jodis, J. Zielinski, J. Catal. 2003, 218, 465-469
130. S. F. Yin, B. Q. Xu, X. P. Zhou, C. T. Au, Appl. Catal. A: Gen. 2004, 277, 1-9
131. R. Z. Sørensen, L. J. E. Nielsen, S. Jensen, O. Hansen, T. Johannese, U. Quaade, C. H. Christensen, Catal. Commun. 2005, 6, 229-232.
132. D. G. Löffler, L. D. Schmidt, J. Catal. 1976, 41, 440-454
133. W. Tsai, W. H. Weinberg, J. Phys. Chem. 1987, 91, 5302-5314
134. A. Boisen, S. Dahl, J. K. Nørskov, C. H. Christensen, J. Catal. 2005, 230, 309-312.
135. F. A. Uribe, S. Gottesfeld, T. A. Zawodzinski, J. Electrochem. Soc. 2002, 149, A 293A 296.
136. R. Halseid, P. J. S. Vie, R. Tunold, J. Power Sources 2006, 154, 343-350.
137. N. N. Sazonova, A. V. Simakov, T. A. Nikoro, G. B. Barannik, V. F. Lyakhova, V. I. Zheivot, Z. R. Ismagilov, H. Veringa, React. Kinet. Catal. Lett. 1996, 57, 71-79
138. M. J. Lippits, A. C. Gluhoi, B. E. Nieuwenhuys, Catal. Today 2008, 137, 446-452
139. X. Z. Cui, J. Zhou, Z. Q. Ye, H. R. Chen, L. Li, M. L. Ruan, J. L. Shi, J. Catal. 2010, 270, 310-317.
140. V. Richard, E. Favre, D. Tondeur, A. Nijmeijer, Chem. Eng. J. 2001, 84, 593-598
141. C. C. Rodrigues, D. de Moraes, S. W. da Nobrega, M. G. Barboza, Bioresour. Technol. 2007, 98, 886-891
142. R. Roque-Malherbe, F. Marquez-Linares, W. Del Valle, M. Thommes, J. Nanosci. Nanotechnol. 2008, 8, 5993-6002.
143. B. L. Davis, D. A. Dixon, E. B. Garner, J. C. Gordon, M. H. Matus, B. Scott, F. H. Stephens, Angew. Chem. 2009, 121, 6944-6948
144. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 6812-6816.
145. A. D. Sutton, A. K. Burrell, D. A. Dixon, E. B. Garner III, J. C. Gordon, T. Nagagawa, K. C. Ott, J. P. Robinson, M. Vasiliu, Science 2011, 331, 1426-1429.
146. C. W. Yoon, P. J. Carroll, J. G. Sneddon, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 855-864.
147. S. K. Singh, Z. H. Lu, Q. Xu, Eur. J. Inorg. Chem. 2011, 2232-2237.
148. S. Karahan, M. Zahmakıran, S. Ãzkar, Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 4958-4966.
149. J. Hannauer, O. Akdim, U. B. Demirci, C. Geantet, J. M. Herrmann, P. Miele, Q. Xu, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3355-3358.