储氢材料的研究与应用
金属氢化物储氢材料的制备及应用研究
金属氢化物储氢材料的制备及应用研究近年来，由于全球氢能产业的快速发展，研究金属氢化物储氢材料已成为科研人员的热门领域。
金属氢化物储氢材料因其高储氢量、快速充放氢速度、优异的循环稳定性等特性，成为氢能储备、运输和利用的重要材料。
一、金属氢化物储氢材料的制备方法1.1 物理化学法物理化学法是一种常用的金属氢化物储氢材料制备方法，包括共沉淀、溶剂热、熔盐电解、磁控溅射等技术。
其中，共沉淀法是最为传统和广泛采用的方法之一，通过调节pH值、温度、沉淀剂等影响因素来控制金属离子的还原和氢反应的控制。
在溶剂热法中，所需的金属或金属合金在溶剂中进行热反应，水热法、高温氢化反应等其它方法也可以构成溶剂热反应法。
熔盐电解法是通过将金属或金属合金放入电解介质中，进行电化学还原并生成氢化物。
1.2 生物法生物法是指利用天然微生物所产生的还原酶，将氢化物还原成金属，在储氢材料中，这种方法具有很好的针对性。
使用生物法合成的金属氢化物，通常都具备很强的还原能力，这一方法的主要优点是不需要耗费太多的能源和反应条件，因此会被氢能科学探索的越来越多。
二、金属氢化物储氢材料的应用2.1 储氢材料金属氢化物作为一种高效的储氢材料，已经在氢能源领域得到越来越广泛的应用，尤其是在氢燃料电池、燃料电池车和家庭储氢方面。
在单车、汽车和公交等物流运输模式逐步向熟练化、缩小化、城市化转变的大环境下，储氢制氢所具有的灵活性和多种用途性将更受关注。
2.2 其他应用领域金属氢化物储氢材料不仅有在氢能源领域的应用，其它领域也有潜在的应用。
如铁锂电池、动力电池、钠离子电池等二次电池储能材料等等，都被视为未来材料结构设计的热点领域之一。
三、发展金属氢化物储氢材料应注意的问题3.1 安全性问题由于其中的氢气具有极高的易燃性和爆炸性，在生产、运输和使用过程中，安全问题一直是制约金属氢化物储氢材料应用的重要因素，对于储氢化学或物理反应产生的暴燃问题，是开展金属氢化物制备和应用研究的重要议题。
新型储氢材料的研究与应用发展
新型储氢材料的研究与应用发展随着环保意识的增强和能源危机的深化，氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源备受关注。
然而，储氢技术一直是制约氢能广泛应用的一个难点。
传统的氢气压缩、液化和吸附等储氢方式都存在一定的局限性，导致氢能的利用率和安全性较低。
因此，研究和开发新型储氢材料是解决这一难题的关键之一。
一、新型储氢材料的种类1. 金属储氢材料金属储氢材料是目前研究比较广泛的一类储氢材料。
其原理是将氢气吸附在金属表面，或者将氢气与金属直接反应生成氢化金属，从而实现氢气的储存。
常见的金属储氢材料包括钛、镁、铝、锆等。
2. 碳材料碳材料具有优异的物理和化学性质，在储氢方面也有很好的应用前景。
研究表明，碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维等碳材料具有较高的表面积和孔径，能够有效地吸附氢气或形成氢化物，从而实现氢气的储存。
3. 有机储氢材料有机储氢材料是指在有机分子中引入氢化基团，从而实现氢气的储存。
通常采用氮、硼等元素与碳骨架结合的方式来构建有机储氢材料。
这些材料具有储氢容量大、重量轻、安全性高等优点。
二、新型储氢材料的研究进展1. 金属-有机骨架材料金属-有机骨架材料是一种最近开发出来的新型储氢材料。
该材料以金属离子为架构，与有机配体相结合构成高度有序的多孔材料。
研究表明，金属-有机骨架材料具有较高的表面积、孔径和储氢容量，可以有效地储存氢气。
2. 氨基酸盐氨基酸盐是一种新型的有机-无机杂化材料，结构中含有氨基酸和岛式阳离子。
这种材料能够水解生成反应性极强的氢基自由基，从而吸附氢气并储存。
氨基酸盐具有储氢容量高、重量轻、储存和释放氢气速度快等优点，具有很好的应用前景。
3. 石墨烯氮修饰材料石墨烯氮修饰材料是一种通过在石墨烯表面引入氮原子来改善其储氢性能的材料。
研究表明，石墨烯氮修饰材料的储氢性能较好，可以实现较高的储氢容量和释放速度。
此外，该材料的制备方法简单，成本较低，具有广泛的应用前景。
三、新型储氢材料的应用前景新型储氢材料的研究和应用将会推动氢能的广泛应用和发展。
氢气储能材料的制备及其应用研究
氢气储能材料的制备及其应用研究氢气一直以来都是人们梦想中的能源，因为它不仅无污染，而且储能密度极高，是各种能源中最为理想的一种。
然而，由于氢气分子比较小，在常温常压下很难储存，这就需要一种特殊的储氢材料来将氢气储存下来，并在需要时释放出来。
在这篇文章中，我将着重介绍氢气储能材料的制备及其应用研究。
一、氢气储能材料的种类氢气储存材料主要包括金属储氢材料、非金属储氢材料、化学吸附剂、非化学吸附剂等。
金属储氢材料的经典代表是钛合金、镁合金等。
这类储氢材料具有储存氢气密度大、储氢速度快等特点，但同时也存在储氢容量低、反应速率慢等问题。
非金属储氢材料的代表是碳纳米管、石墨烯等材料。
这类材料的优点是储氢容量相对较高，但由于分子较小，仍然存在储氢容量低、反应速率慢等问题。
化学吸附剂的代表是金属有机框架。
这类材料能够在相对较低的压力下储存氢气，并具有储氢容量较高的特点。
非化学吸附剂的代表是钰合金等。
这类材料具有储氢容量高、反应速率快等特点。
二、氢气储能材料的制备1.钛合金的制备钛合金是一种常见的储氢材料，其制备方法主要有物理方法、化学方法等。
物理方法包括旋转共沉淀法、高能球磨法等。
旋转共沉淀法通过控制反应条件，控制物质的结晶形态和大小，使其具有较高的储氢性能。
高能球磨法则是通过机械碾磨的方式，将粉末均匀混合、研磨，使其表面积和反应活性增加，从而提高其储氢性能。
2.金属有机框架的制备金属有机框架是一种常见的储氢材料，其制备方法主要有热化学法、水热法等。
热化学法是指将金属离子和有机配体在高温下进行反应，形成一种类似于晶体的结构。
水热法则是在高温、高压下将金属离子和有机成分在水中进行反应，从而制备出一种类似于多孔晶体的结构。
三、氢气储能材料的应用研究1.储氢材料在汽车领域的应用储氢材料在汽车领域的应用已经得到了广泛的关注和研究。
以金属储氢材料为例，其在汽车领域应用主要包括氢燃料电池汽车和氢气内燃机汽车。
氢燃料电池汽车是指将氢气通过燃料电池转化为电能，再通过电动机推动汽车运行。
基于纳米技术的储氢材料研究和应用
基于纳米技术的储氢材料研究和应用随着能源消耗的加速和环保意识的抬头，储氢技术已经成为了重要的节能环保技术之一。
然而，当前还没有一种较为完美的储氢材料方式出现，需要通过科技创新来解决这一难题。
而基于纳米技术的储氢材料研究和应用便是最具安全、稳定性和储氢含量的新型材料，下文将介绍其特点和应用前景。
一、纳米技术储氢材料简介一般来说，储氢的材料大致可以分为三类：压缩氢气储存方法、液态储氢方法及固态储氢方法。
而纳米技术储氢材料便属于以固态储氢为主的一种新型材料方式。
它采用了纳米晶和多孔材料的优势，可以特别有效地储存和释放氢气，拥有更大的储氢密度。
因此，纳米技术储氢材料的出现，将会极大地改变当前的储氢体系，推动未来产业的创新。
二、纳米技术储氢材料的特点纳米技术储氢材料具有以下几个特点：1. 储氢量大与传统储氢方式相比，基于纳米技术的储氢材料储氢量较大，能够在相同体积和重量的情况下储存更多的氢气，为储氢技术的大规模应用打下了基础。
2. 更加安全其特殊的纳米结构可以有效地降低氢气释放的压力和温度，提升储氢材料的安全性。
而固态储氢还可以避免液化和压缩气体对储存设备的污染和腐蚀问题，减轻了储氢周期负载的难度。
3. 操作简便纳米技术储氢材料具有操作简单、使用方便的特点。
它可以使用相对简单和低成本的装置进行储氢，不需要过于复杂和昂贵的储氢设备。
这也为工业和民用储氢提供了更加便利和实用的选择。
三、纳米技术储氢材料的应用前景1. 汽车行业在当前汽车制造业中，探究替代燃料和减少尾气污染是一个长期的趋势。
而纳米技术储氢材料正是应用于这种新型能源的最有前景的储氢材料之一。
未来，用纳米技术储氢材料储制氢燃料的汽车的研究和应用，无疑将有力促进整个汽车行业技术的升级和发展。
2. 能源存储行业能源存储是保障能源稳定性和优化能源利用的重要方向。
而纳米技术储氢材料的出现，则可以为能源存储提供具有成本优势和储量优势的替代方案。
未来，纳米技术储氢材料应用于储能领域的探索和实践也必将得到广泛的开发和应用。
氢储存材料的开发与应用
氢储存材料的开发与应用随着全球能源危机的加剧以及对环境保护的需求日益增加，氢能作为一种清洁、高效的能源形式备受关注。
然而，由于氢气在常温下具有极低的密度和极高的爆炸性，有效、安全地储存氢气一直是人们关注的焦点。
因此，氢储存材料的开发与应用成为了当前研究的热点之一。
一、氢储存材料的分类目前，氢储存材料主要可以分为物理吸附、化学吸附和物理储存三大类。
1. 物理吸附式储氢材料物理吸附式储氢材料是指通过氢与材料表面之间的凡得瓦尔斯力进行相互作用以实现储氢的方式。
常见的物理吸附式储氢材料包括杂化材料、金属有机骨架材料（MOFs）等。
这类材料具有储氢速率快、循环性能稳定的特点，但氢气的储存密度较低。
2. 化学吸附式储氢材料化学吸附式储氢材料是指氢气通过与材料之间的化学键形成化学复合物进行储氢。
典型的化学吸附式储氢材料包括金属氢化物和金属氨基醇化物。
这类材料具有较高的储氢密度，但储氢和释放氢的反应过程需要较高的温度和压力条件。
3. 物理储存式储氢材料物理储存式储氢材料指的是通过在固态或液态中存储氢气，如金属氢化物和液态有机化合物等。
这类材料具有较高的储氢密度，但在储氢和释放氢过程中需要严格的温度和压力控制。
二、氢储存材料的开发与应用是实现氢能经济的关键环节。
近年来，人们针对各类氢储存材料进行了广泛的研究与应用探索。
首先，物理吸附式储氢材料得到了广泛研究和应用。
特别是杂化材料和金属有机骨架材料（MOFs）在储氢领域取得了重大突破。
这些材料具有高度可调性、良好的可再生性和较高的储氢容量，可以应用于氢气储集、运输和使用等方面。
其次，化学吸附式储氢材料也取得了一定的进展。
研究人员通过改变金属氢化物和金属氨基醇化物的化学配方和结构，以及调控温度和压力条件，提高了储氢密度和反应速率。
这类材料在汽车和电池等领域的氢能应用中具有广阔的发展前景。
此外，物理储存式储氢材料也逐渐受到关注。
金属氢化物和液态有机化合物等材料具有较高的储氢密度和可逆性。
储氢材料的研究进展1
储氢材料的研究进展1储氢材料的研究进展1储氢材料是指能够吸附或储存大量氢气的物质，它在氢能技术的应用中起着关键作用。
目前，储氢材料的研究进展如下：1.金属氢化物：金属氢化物是一种包括氢原子的金属结构。
这类材料具有高储氢密度和相对较低的温度要求，因此在储氢领域具有重要的潜力。
最常见的金属氢化物是锂氢化物和镁氢化物。
近年来，研究人员通过改变材料的微观结构和添加催化剂等方法，成功地提高了金属氢化物的储氢性能。
2.有机储氢材料：有机储氢材料是一类由碳、氢和其他元素组成的有机化合物，它们通过化学反应吸附和储存氢气。
这类材料的优势在于其相对较低的工作温度要求和较高的储氢容量。
研究人员通过设计新型的有机储氢材料和调节其结构，有效地提高了其吸附和释放氢气的性能。
3.多孔材料：多孔材料是一类具有微孔或介孔结构的材料，其具有较大的表面积和空隙，可用于吸附和储存氢气。
常见的多孔材料包括金属有机骨架材料（MOFs）、多孔有机聚合物（POPs）、金属氧化物和碳纳米管等。
近年来，研究人员通过调节多孔材料的结构和化学组成，成功地提高了其储氢性能。
4.硼氮化物：硼氮化物是一类由硼和氮组成的化合物，其具有非常高的储氢密度和热稳定性。
硼氮化物的挑战在于其吸附和释放氢气的动力学过程较慢。
近年来，研究人员通过合成纳米材料、引入催化剂和调节硼氮化物的结构等方法，成功提高了其储氢性能。
5.复合材料：复合材料是利用不同种类的材料组合而成的材料，其吸附和储存氢气的性能可以通过调节不同组分的比例和结构来改善。
常见的复合材料包括金属-有机骨架材料的混合物、碳材料的复合体等。
研究人员通过设计和合成新型的复合材料，成功提高了其储氢性能。
总结起来，储氢材料的研究进展主要包括金属氢化物、有机储氢材料、多孔材料、硼氮化物和复合材料等。
这些材料在储氢技术中具有重要的应用潜力，研究人员通过调节其结构、应用新型催化剂和合成方法等手段，不断提高其储氢性能，推动氢能技术的发展。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是指能够安全、高效地储存氢气的材料。
储氢技术是氢能源的关键技术之一，能够实现氢能源的大规模应用。
目前，储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
氢吸附材料是利用物理吸附的方式将氢气吸附储存于材料中。
常见的氢吸附材料包括金属有机骨架材料（MOFs）、大孔材料、以及碳基材料等。
MOFs是由有机配体和过渡金属离子组成的晶态多孔材料。
由于其具有高比表面积和可调节的孔径大小，使其成为理想的氢储存材料。
大孔材料如金属有机配合物和多孔晶体材料，具有较大的孔径和孔容，能够提供更高的氢吸附容量。
碳基材料具有优异的热稳定性和化学稳定性，是一类常见的功底途材料，如碳纳米管和活性炭等。
化学储氢材料是将氢气通过化学反应储存在材料中。
该类材料包括金属氢化物、金属化合物和有机化合物等。
金属氢化物具有高储氢密度和可逆的吸放氢性能，但其储氢温度较高，不利于应用。
为此，研究者针对金属氢化物进行了一系列的改性，如添加催化剂、改变晶体结构和尺度效应等，以提高其储氢性能。
金属化合物如过渡金属硼化物、过渡金属卡宾化物等也具有较高的储氢容量和反应活性。
有机化合物如酰胺、石蜡和脂肪酸等也被研究用作化学储氢材料，其具有储氢容量大、反应温度低等优点，但其稳定性较差，需要进行改性以提高其循环寿命。
物理储氢材料是利用吸附、吸气和共存（吸气和吸附的结合）三种方式将氢气储存于材料中。
常见的物理储氢材料主要有活性炭、多壁碳纳米管等。
活性炭是一种多孔材料，具有高比表面积和可调节的孔径大小，能够通过物理吸附将氢气吸附储存于其表面或孔道中。
多壁碳纳米管是一种碳基纳米材料，具有极小的孔径和大的比表面积，能够通过吸附、蓄存和自发释放的方式储存氢气。
总结来说，目前储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
随着科学技术的不断发展，研究者们正在不断寻求新的储氢材料，以提高储氢容量、降低温度和压力等方面的要求，为氢能源的应用提供更多的选择和可能性。
能源领域中的储氢合金材料应用研究
能源领域中的储氢合金材料应用研究近年来，随着能源消耗和环境污染的不断加剧，环保和可持续发展问题日益受到广泛关注，而储氢技术作为一种清洁能源的代表，在能源领域中日益受到关注和应用。
而储氢合金材料作为储氢技术中的关键材料之一，也在应用研究中持续发展和应用。
一、储氢合金材料的概念和分类储氢合金材料是指可以逆向吸收和释放氢气的金属材料，其最主要的特点就是能够以大容量和高速率储存和释放氢气，从而实现氢气的有效储存。
储氢合金材料的应用可以广泛涉及到能源、材料、电子和环保等领域。
根据其结构类型的不同，储氢合金材料可以分为晶体、非晶态和纳米结构三类。
其中，晶体结构的储氢材料主要是由单质金属、简单组元或包合物等组成，其结构相对稳定，储氢性能较好；非晶态储氢材料主要是由金属元素或金属间化合物、非金属元素等非晶态固体组成，其储氢性能随温度和压力的变化而变化，且非晶态储氢材料具有良好的机械稳定性，可以耐受较大的氢气压力；纳米结构储氢材料主要是指将氢储存在纳米粒子和纳米多孔体中，其储氢效率较高，但是其制备难度较大。
二、储氢合金材料的应用研究随着氢能源的不断推广和应用，储氢合金材料也在各个领域中有了广泛的应用研究。
以下列举几个典型的应用案例。
1. 动力领域作为一种零排放的动力介质，氢气的应用在动力领域日益普及。
而在储氢技术中，储氢合金材料作为一种安全和可靠的储氢材料，已经成为了动力领域中的重要应用对象。
当前，氢燃料电池车已经成为一种具有发展前景的新型能源车辆，而储氢合金材料作为其主要的储氢材料，已经得到了广泛应用。
2. 储能领域能源储存是可再生能源应用中的一个重要环节，而在储能领域中，储氢合金材料也展现出了广泛的应用前景。
目前，储氢技术已经被应用于风能和太阳能的储能系统中，而储氢合金材料也成为了这些储能系统中的重要组成部分。
3. 太空领域在太空领域中，储氢合金材料也得到了广泛应用。
目前，储氢合金材料已经被应用于太空探测器的燃料和氧化剂的储存中，以及太空站的氧气和水的储存中，这为太空生活提供了便利。
储氢材料研究现状和发展前景
储氢材料研究现状和发展前景储氢材料是一种能够高效存储氢气的材料，被广泛研究和应用于氢能源领域。
目前的研究主要集中在晶态材料、多孔材料和复合材料等方面，以提高储氢能力和降低储氢成本。
随着氢能源的发展，储氢材料的研究也呈现出广阔的发展前景。
晶态材料是目前研究储氢材料的重要方向之一、晶态材料具有高储氢容量和快速的吸附/解吸氢气的能力。
例如，金属有机框架材料（MOFs）和多金属氰化物（i.e.,碱金属氨基化物）等晶态材料具有高表面积、多孔结构和可调控的孔径尺寸，使得它们具有优异的储氢性能。
此外，通过掺杂和合金化等方法，可以进一步提高晶态材料的储氢性能。
然而，晶态材料在实际应用中面临的挑战是储氢热力学平衡问题和反应动力学问题。
多孔材料也是重要的储氢材料研究领域。
多孔材料具有大的比表面积和丰富的孔隙结构，可用于吸附和贮存氢气。
其中，碳材料（如活性炭、石墨烯和碳纳米管）和金属有机骨架材料（MOFs）被广泛研究和应用于储氢领域。
多孔材料的优点包括较高的储氢容量、可调控的孔径尺寸和较低的储氢温度等。
然而，在实际应用中，多孔材料的储氢性能受到其孔隙结构和孔径尺寸的限制。
复合材料是一种通过将不同种类的材料结合使用来提高储氢性能的方法。
例如，金属氢化物与多孔材料的复合材料可以实现高储氢容量和快速的吸附/解吸氢气。
此外，通过纳米技术和界面工程等手段，可以进一步提高复合材料的储氢性能。
然而，复合材料的制备和稳定性等问题仍然是该领域的研究重点。
储氢材料的研究发展前景广阔。
随着对可再生能源的需求日益增加，氢能源作为一种清洁、高效的能源形式得到了广泛关注。
储氢材料作为氢能源存储的关键技术，其研究发展将对氢能源的实际应用起到重要作用。
未来的研究方向包括材料合成和制备技术的改进、储氢机理的深入研究以及储氢材料与储氢系统的耦合研究等。
此外，发展高效、可持续的储氢材料也是该领域亟待解决的问题。
总的来说，储氢材料的研究前景非常广阔，并有望为氢能源的广泛应用提供支持。
储氢材料的制备及其性能研究
储氢材料的制备及其性能研究储氢材料是一种能够吸附、储存和释放氢气的材料，被广泛应用于氢能源技术中。
由于氢气具有高能量密度和零排放的特点，储氢材料的制备及其性能研究成为了当前氢能源研究的热点之一、本文将探讨储氢材料的制备方法以及其性能研究进展。
储氢材料的制备方法可以分为物理吸附法、化学吸附法和合金化法。
物理吸附法是利用储氢材料表面的孔隙结构吸附氢气分子，常用的物理吸附材料包括活性炭、金属有机骨架材料（MOFs）和多孔硅等。
化学吸附法是通过化学反应使储氢材料与氢气发生化学反应，形成化合物储存氢气。
常用的化学吸附材料包括金属氢化物和硼氢化物等。
合金化法是将氢与金属形成氢化物，储存在金属的晶格中。
合金化材料能够在较低的温度和压力下吸附和释放氢气。
储氢材料的性能研究主要包括储氢容量、吸附/解吸速率和循环稳定性等方面。
储氢容量是评价储氢材料的重要指标之一，表示单位质量或单位体积储氢材料能够吸附的氢气量。
吸附/解吸速率则衡量了储氢材料吸附和释放氢气的速度，对于储氢材料的实际应用具有重要意义。
循环稳定性是指储氢材料在多次吸附和释放氢气的循环过程中能否保持其储氢性能的稳定性。
近年来，研究人员通过改变储氢材料的结构和组成，改善了储氢材料的性能。
例如，通过改变活性炭的孔隙结构和表面化学性质，可调控其吸附和解吸氢气的能力。
MOFs具有高度可调性，可以通过选择不同的金属和配体来调控其储氢性能。
金属氢化物和硼氢化物储氢容量大，但循环稳定性较差，研究人员通过合金化和表面改性等方法来提高其循环稳定性。
此外，还有一些新型储氢材料的研究，如金纳米颗粒、过渡金属硅材料等，这些材料在储氢容量和储氢动力学等方面表现出优越性能。
总之，储氢材料的制备及其性能研究是氢能源技术发展的重要内容。
通过改进储氢材料的制备工艺和结构设计，以及加大对储氢材料性能的研究力度，将有助于提高储氢材料的储氢容量、吸附/解吸速率和循环稳定性等性能，推动氢能源技术的发展。
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储氢材料的研究与应用蔡大兴（中南大学化学化工学院湖南长沙 410083）前言当今世界，随着传统能源石油、煤炭日渐枯竭，且石油、煤炭燃烧产物二氧化碳和二氧化硫又分别产生温室效应和酸雨危害，使人类面临能源、资源和环境危机的严峻挑战，寻找新的能源已成为人们的普遍共识。
氢作为一种洁净能源，已受到人们的充分重视。
近年来，在镍氢二次燃料电池等氢能的应用方面不断取得进展。
20世纪60年代末，研究者发现Mg2Ni、LaNi5、FeTi等金属间化合物具有可逆储放氢气的特性，并且储氢密度大，可与液氢和固氢效果相比拟。
此后随着对于金属氢化物作为能量储存以及能量转换材料进一步深入地研究，到目前为止，已开发的贮氢合金主要有AB、AB5、AB2、A2B和镁基五大类型，储氢合金主要由可与氢形成稳定氢化物的放热型金属A(La、Ti、Zr、Mg、V等)和难与氢形成氢化物但具有氢催化活性的金属B(Ni、Fe、Co、Mn等)按一定比例组成。
传统的AB、AB2和A2B型储氢合金储氢量不超过2wt%，这对储氢合金的某些应用领域(如燃料电池)是远远不够的。
国际能源协会(IEA)要求储氢量至少为5wt%，并且放氢温度低于423K，循环寿命超过1000次。
而传统镁基储氢量高，但有放氢温度高和吸放氢动力学慢的缺点。
如何获得容量大，充放氢速度快，放氢温度低的新型储氢材料，成为储氢材料与储氢技术研究和开发中至关重要的内容和亟待解决的问题。
1 氢能源及储氢材料1 ． 1 能源能源是人们生活、国民经济和科学技术发展的重要基础。
目前全球每年耗能已超过1 0 1 3 w，天然矿物燃料( 煤炭、石油和天然气) 即将耗尽，许多国家出现了能源危机，挖掘和利用新能源工作受到各国的高度重视。
属于一次能源的有核能、太阳能、风能、地热能以及海洋能等。
他们一般要先变成电能才能使用，而电能不便储存，输送成本较高。
因而在发展新型一次能源的同时，开发和利用氢能源、合成燃料、高功能电池、激光、微波等二次能源就更为必要。
氢作为二次能源，关键是解决氢的高密度安全储存问题。
目前主要用液态氢的高压容器储存法，但最好的方法是利用储氢材料。
它在一定条件下与气体氢反应生成固态金属氢化物，条件改变时，氢化物分解释放出气体氢，因而又被称为“固相储氢”。
2 稀土储氢材料的发展2 ． 1 储氢材料概述储氢材料主要有四大类型，即稀土系、钛系、锆系和镁系。
储氢材料的发展经历了几个阶段。
综观它的发展史，我们可以将储氢材料的开发大致划分为三代；第一代储氢材料起源于L a Ni 5的AB 5型合金( AB 5指合金的组成，A指可与氢形成稳定氢化物的防热型金属，B指难与氢形成氢化物具有催化活性的金属) 。
第二代储氢材料是具有L a v e s 相结构的．AB 2合金( A、B含义同上) ，此类储氢材料储氢容量较AB 5型大，循环寿命长，但初期活化比较困难。
第三代储氢材料为镁基合金和钒固溶体合金，但在实际应用中尚存在问题，还有待进一步研究和开发。
金属氢化物是近几十年发展起来的储氢材料，由于它们具有优异的吸放氢性能，并兼顾其他功能材料的特点，因而发展十分迅速。
荷兰飞利浦公司发现了L a Ni 5 合金，具有很好的储氢性能，在中等压力和温度下能吸收和解析大量的氢。
加热时合金吸氢，冷却时放氢，吸收氢气的体积最大可达到合金自身体积的4 0 0倍，一立方英尺的镧镍合金存储氢气足够产生4千瓦小时的热能，并且不涉及低温技术，不需要过高过低的压力和温度，即使镧镍合金在露天中放氢和点燃也会因其快速氧化而自行熄灭，盛装容器破裂或遇火也无危险，比较安全。
尽管L a Ni 5 合金具有很好的储氢性能，但在应用于镍氢电池中储氢容量衰减太快且价格昂贵，长时间没有得到应用，后来用少量钕取代镧得到多元合金后，制出了抗氧化性能高的实用镍氢电池。
目前已开发的合金主要由可与氢形成稳定氢化物的防热型金属A( L a 、Mn 、Ti 、Z r 、Mg 、V) 和难形成氢化物但具有催化活性的金属B( Ni、F e 、Mn ) 按一定比例组成，从结构表面改性等角度进行综合改进获得可用的高性能储氢合金材料。
2 ． 2 新型稀土储氢材料2 ． 2 ． 1 镁一镍系多元合金材料三元体系：L a 2 Mg Ni 9 、L a 5 Mg 2 Ni 2 3 、L a 3 Mg Ni l 4 ，L a 5 Mg 2 Ni 2 3合金负极的放电容量高达4 1 0 mA．h ．g 一1 ，比A B5 型合金大 1 ．3倍；纳米晶结构的Mg —Ni —RE( R E—L a ，Nd ) 系显示了极好的吸氢动力学与P —C—T( 压强、组成、温度) 特征。
H2 hHhh四元体系：真空法制得的电极负极材料Mg 1 ．9 5 Y0 ．0 5 Ni 0 ．9 2 AL 0 ．0 8初始容量达到 3 8 0 mA．h ．g 一1 ，充放电循环1 5 0次时，容量保持率9 5 ，该材料不足之处是开路状态电荷存放期间自放电率高( 1 2 天约保持 2 5 ) 。
机械合金法制备的四元Mg 3 5 Ti 1 0 M5 Ni 5 0 ( M—Y、Al 、Z r )储氢电极表现出相当长的循环寿命。
L a 1 ．8 C a 0 ． 2 Mg l 6 Ni 铸锭机械研磨4 O小时后，合金从晶态变成非晶态，与晶态相比非晶态显示出更好的解析动力学和更高的储氢容量。
南开大学的一项专利介绍了化学组成为Mg P —x Ax Ni l - -y B y的储氢材料，其中A可以是L a 、C e 、Nd 、P r、Y或混合稀土，在常温常压下具有优良的吸放氢性能，用它制成的电极具有很高的电化学容量，纳米晶态结构的该材料还具有储氢量大，比表面积大，表面活性强，电化学容量高，抗腐蚀性能优越，吸放氢速度快，室温下可以吸收和放出氢气的特点。
2 ． 2 ． 2 镁一镍系储氢合金电极材料的研究进展稀土一镁一镍系储氢合金一般为AB 3型结构。
AB 3结构由1 ／3的AB5 和2 ／3的AB 2结构组成。
一般说来，在吸放氢过程中由于其高的储氢量以及相对较低的成本，显示出良好的应用前景。
各种元素的替代对储氢合金的储氢容量以及电化学性质等都有明显的影响。
复合体系的放电容量为此类合金中最大，可达到 1 0 1 4 mA．h ．g ～，主要原因是无定型结构的形成和表面状态的改变；钙和钇的替代因改变了合金微观结构而提高了合金的吸氢量；其次放电容量最大的合金为L a Mg 。
Ni 。
合金，作为负极电极放电容量已达 4 1 0 mA．h ．g _ 。
，主要是由于其特殊的分子排列结构；储氢容量最大的为L a 1 ．5 Mg 1 7 Ni 0 ．5合金，储氢量为5 ．4 0 ，主要原因是L a Ni +L a H。
+ L a的催化能力以及在反应过程中出现的多相结构；铈的替代可以改善合金循环寿命，但是减少放电容量。
其原因是铈的存在，在金属表面生成了C e O。
膜抑制了腐蚀；C o的替代增加合金的循环稳定性的主要原因是在加氢／脱氢过程中电池体积的膨胀率△V／V明显的减少，导致合金微粒粉化减少，充放电效率增加和氧化／腐蚀率减小，Mn的替代可以延长合金寿命是由于合金的点阵常数和晶包体积增大；而F e ，A1 ，C u ，B均可以显著改善循环稳定性。
原因是其氢化物比较小的体积变化和合金表面抗腐蚀层的形成；A 1 的替代合金具有较高的储氢容量的原因是其中Al Ni 相态的出现改善了合金的催化活性。
3 稀土储氢材料的应用3 ．1 蓄热、热泵储氢合金吸放氢的反应热很大，因而可用于化学蓄热和化学热泵。
能够通过在两种物性不同的储氢合金之间互相交换氢气的办法吸收或放出其反应热的装置叫金属氢化物蓄热泵。
3 ．2 传感器和控制器利用吸收或放出氢时的压力效应，除可制成无传动部件的氢压缩机外，还可做机器人动力系统的激发器、控制器和动力源。
3 ．3 高性能充电电池一镍氢电池稀土储氢电池是一种新型的化学电源( N i ／MH) ，也被称为镍氢充电电池，它具有比容量高、可快速充电、无记忆效应、无污染、寿命长等显著优点，是充电电池( 又称二次电池) 家族中引人注目的新秀。
1 9 8 3年出现的Ni ／MH二次电池，这是一种以氧化镍( 或多孔金属镍) 为正极，以L a Ni 5型储氢合金为负极，用KOH作电解液的二次电池。
L a N i 5在碱液中作为一种可逆的氢电极，通过电化学反应大量的吸收和解吸氢气，由金属氢化物负极与镍正极构成的二次电池已实现充、放电，反应过程中不发生活性物质的沉淀和溶解，从而也不消耗和产生水。
储氢合金是2 O世纪6 O年代末发现的一类具有高储氢密度的功能材料，已广泛应用于各行业。
由于对高性价比二次能源的需求日益紧迫，开发新一代高性能储氢电极材料已势在必行。
碳纳米管( C NT) 是继C6 0之后该系列的又一储氢材料，由于其具有高的表面比、低密度和独特的中空结构，碳纳米管作为储氢载体引起了全球广泛关注。
4 纳米储氢材料的研究进展4.1纳米材料简介纳米材料是指一类粒度在1～100nm 之间的超细材料，是介于单个原子、分子与宏观物体之间的原子集合体，是一种典型的介观体系。
由于纳米材料的比表面能高，存在大量的表面缺陷，高度的不饱和悬键，较高的化学反应活性以及自身的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等，从而使其具有常规尺寸材料所不具备光学、磁、电、热等特性，成为继互联网和基因研究之后科学领域的又一研究热点，引发了世界各国科学工作者在相关理论研究及应用开发的广泛兴趣。
纳米尺度的贮氢合金呈现出许多新的热力学和动力学特征，其活化性能明显提高，具有更高的氢扩散系统，并具有优良的吸放氢动力学性能。
储氢材料的纳米化为新兴的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文详细介绍了纳米储氢材料性能提高的机理，综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料的最新研究进展，并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。
4.2 纳米储氢材料储氢性能提高机理一般认为，储氢合金纳米化提高储氢特性主要表现在以下几个方面原因：（1）量子尺寸效应和宏观量子隧道效应：对于纳米尺寸的金属颗粒，连续的能带分裂为分立的能级，并且能级间的平均间距增大，使得氢原子容易获得解离所需的能量，表现为贮氢合金活化能低和活化温度降低；（2）纳米材料的表面效应：纳米颗粒具有巨大的比表面积，电子的输送将受到微粒表面的散射，颗粒之间的界面形成电子散射的高势垒，界面电荷的积累产生界面极化，而元素的电负性差越大,合金的生成焓越负,合金氢化物越稳定，金属氢化物能够大量生成。
单位体积吸纳的氢的质量明显大于宏观颗粒。
（3）比表面积和催化特性纳米贮氢合金比表面积大，表面能高，氢原子有效吸附面积显著增多，氢扩散阻力下降，而且氢解反应在合金纳米晶的催化作用下反应速率增加，纳米晶具有高比例的表面活性原子, 有利于反应物在其表面吸附,有效降低了电极表面氢原子的吸附活化能,因而具有高的电催化性能。