一维碳纳米材料储氢机理及应用前景

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基金项目：国家自然科学基金（%()"!""!）和北京化工大学博士基金通讯作者：宋怀河，!$"#$%：&’()***"#$%++,-.+/0,+-(

作者简介：刘治（#(,,$），男，河北邯郸人，硕士研究生，主要从事碳纳米管的研究。文章编号：#"",$))!,（!""!）"!$"",&$"’

一维碳纳米材料储氢机理及应用前景

刘

治，陈晓红，宋怀河

（北京化工大学材料科学与工程学院可控化学反应的科学与技术基础教育部重点实验室，北京

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摘

要：氢能的储存是氢能利用的关键，一维碳纳米材料具有非常高的比表面积及一些常规材料所不具备的特

异效应和性能，因此有望成为颇具优势的储氢材料。通过简述一维碳纳米材料储氢在各国的研究成果，表明其储氢容量比现有的一般储氢技术高#至!个数量级，引起世人的瞩目；详细介绍了碳纳米纤维的储氢机理，可能包括氢的物理和化学吸附两种形式，详细情况尚待深入研究；除此以外，还有许多诸如：如何提高体积储氢密度和氢的吸脱附速度及动力学和实用条件下的吸放氢研究等问题需要解决。关键词：一维碳纳米材料；机理；吸附；碳纳米纤维；储氢中图分类号：12&)&

13(#

文献标识码：4

#氢能———!#世纪的新能源

目前，污染严重、矿物能源短缺是世界范围内存

在的严重问题。人类越来越需要洁净的新能源，而氢能正以其独有的优势和大量的资源引起了人们广泛的兴趣。

氢能一般是指氢燃烧放出的能量。氢燃烧释能的结果产生水，因此是清洁的能源。氢可利用太阳能，风能等自然能分解水再生，也可配合电网调峰电解水再生或利用生物质再生，因此氢能是可再生能源。在化石燃料耗尽之前，将煤，天然气转化为氢是更为有效的能源利用途径。在炼油等领域副产物中也有大量尚未充分利用的氢气。因此，氢气的来源甚广。氢能与电能的相互转化率也高，展示出理想的替代能源前景。从!"世纪("年代起，美，日，德等发达国家均制定了系统的氢能研究与发展规划，对于氢能的开发拟订了分阶段实施的长期研究与发展规划。其短期目标是氢燃料电池汽车的商业化，以地面交通工具氢能转化为前导，在!"年内，使氢能在包括发电在内的总体能源中占有相当的分

额［#］。长期目标是在化工能源濒临枯竭时，氢能自

然地担起主体能源的角色。目前，德国和沙特阿拉伯等国有几个较大规模的示范性氢能试验装置，原型氢燃料电池汽车也已问世，氢能的利用已为时不远。

!储氢是氢能利用的难题

氢能的利用主要包括氢的生产、储存和运输，应

用三个方面。而氢能的储存是关键，也是氢能利用的障碍。现在需要攻克的难题是氢气的规模化储存和运输。除此之外，无论是氢气的制备还是应用，都不存在技术上的困难，只是技术层次高低的问题。氢能的规模储运技术实际上构成开发氢能的瓶颈。在美国的氢能计划中%"-的研究经费用于储氢项

目。

!"世纪,"年代，

各国开始的储氢技术研究主要集中在采用金属容器盛装压缩氢气方面，但多年的实践表明这种方法是最差的，其储氢重量百分数不到!!.-。随后又开始了金属化合物储氢的研究，从而揭开了储氢合金应用的新篇章。但是就重量比来说，储氢合金储氢量普遍很低。例如5#6$%的饱和储氢量为#+’!.-。此外，储氢金属化合物循环吸氢过程中易出现晶粒化等缺点，无法满足实际应用的要求。

接着，金属氢化物的储氢性能被发现。它的体积储氢密度较高，但是其重量密度是最低的，多数达不到!!.-。国际能源署（7!4）亦已认定，储氢系统必须达到/%!.-的指标。因此金属氢化物储氢是不能用在汽车上的。

第#,卷!""!年第!期0月新型炭材料12345678195:26;5<=>?@+#,1?+!ABC+!""!

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