金属储氢材料研究进展
储氢材料研究进展
储氢材料研究进展储氢材料是一种能够吸附、存储和释放氢气的材料。
由于氢气是一种清洁、高能量密度的能源源，因此研究和开发高效、安全、可靠的储氢材料对于实现氢能源经济至关重要。
以下是储氢材料研究的一些最新进展。
一种被广泛研究的储氢材料是金属-有机骨架材料(MOFs)。
MOFs是由金属离子(或金属团簇)与有机配体构成的晶状材料。
它们具有大的表面积和可调、高度可控的孔隙结构，这使得它们能够有效地吸附和储存氢气。
近年来，研究人员发现通过改变MOFs的化学组成和结构，可以进一步提高其储氢性能。
例如，将不同的金属离子引入MOFs，并调整配体的取代基，可以改变材料的吸附容量和吸附条件。
此外，研究人员还尝试利用功能化MOFs，如在其表面引入催化剂，以提高氢气的解吸速度和反应活性。
除了MOFs，碳基材料也是另一个研究热点。
碳基材料具有优良的导电性、热稳定性和化学稳定性，使其成为理想的储氢材料。
碳纳米管、石墨烯和活性炭等碳基材料都已被广泛研究用于储氢。
石墨烯具有高表面积和高导电性，可以增加吸附氢气的能力，并提高储氢速度。
碳纳米管则可以通过改变结构和直径来调节其吸附容量。
此外，不同的活性炭材料具有不同的微孔结构和吸附能力，可以根据需要进行选择和优化。
还有一类被广泛研究的储氢材料是金属氢化物。
金属氢化物具有较高的密度和储氢容量，是一种高效的储氢材料。
然而，金属氢化物的储氢速率通常较低，且吸附和解吸氢气需要较高的温度和压力。
为解决这一问题，研究人员已经开始将金属氢化物与其他材料进行复合。
例如，金属氢化物与MOFs或碳纳米管复合可以提高储氢速率和降低操作温度和压力。
此外，添加催化剂如铂、钯或镍等也可以增加金属氢化物与氢气之间的反应速率。
除了上述材料，还有一些其他新颖的储氢材料被研究出来。
例如，储氢容量较高的两性离子材料和金属有机骨架材料，以及结合常规材料如钠、镁和铝等金属的储氢合金材料。
这些新颖材料的研究为高效、可持续、低成本的储氢技术的发展提供了新方向。
新型储氢合金的研究进展
新型储氢合金的研究进展近年来，氢气已经成为了人们越来越关注的一个话题。
作为一种绿色和清洁的能源，氢气因其高能量密度、无污染、可再生等优势，成为了未来可持续发展方向的重要候选。
然而，氢气能的应用受到氢气的储存技术的制约，而新型储氢合金的研究成果让科学家们看到了曙光。
储氢合金是指一个能够在一定压力和温度下形成储存氢气的合金。
储氢合金的主要特点是能量密度高、吸附无污染、储氢周期长、可重复使用等。
因此，储氢合金已成为氢气储存技术研究的热点之一。
新型储氢合金是相对于传统的纯种储氢金属而言的。
传统的储氢合金采用的是单一的金属材料储氢，如钛合金、镁合金等，其储氢量和吸附效率都不尽如人意。
通过对材料结构和成分的研究，科学家们发现将多种金属元素混合起来可以形成新型的储氢合金，这些新型储氢合金的储氢量和吸附性能都远远超过了传统储氢合金的水平。
其中，最具代表性的新型储氢合金之一就是LaNi5基合金。
LaNi5合金是由镧（La）、镍（Ni）以及其他金属元素组成的一种储氢材料，其在低于冰点℃的温度下，能够将氢气吸附并储存超过四十倍的自身体积，这意味着相同容积大小的储氢车辆能够装载更多的氢气。
除了LaNi5储氢合金，还有许多其他的新型储氢合金也在不断被探索和研发。
比如，近年来，研究人员发现通过在金属合金中引入纳米材料，不仅可以有效提高储氢量，而且可以增强合金的稳定性和耐腐蚀性。
此外，还有研究者利用多孔材料和杂化材料的复合结构来制备新型储氢合金。
虽然新型储氢合金已经取得了一定的研究进展，但是还存在许多待解决的问题。
首先，新型储氢合金的制备工艺需要进一步的优化和改进，以提高其生产效率和降低成本。
其次，储氢合金在储存氢气的过程中会受到氢气的影响，而影响是否会对合金的长期使用带来不良的影响，需要进一步的研究和测试。
另外，新型储氢合金的储氢量和吸附性能虽然有了大幅提高，但依然存在着进一步提高其储氢容量和提高吸附效率的问题。
总之，新型储氢合金是氢气储存技术发展的一个重要方向。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展一、本文概述随着全球能源结构的转型和可持续发展目标的日益紧迫，氢能作为一种清洁、高效的能源形式，正受到越来越多的关注。
而储氢材料作为氢能利用的关键环节，其性能的提升和技术的突破对于氢能的大规模应用具有决定性的影响。
本文旨在全面综述储氢材料的研究进展，通过对不同类型储氢材料的性能特点、应用领域以及发展趋势进行深入探讨，以期为氢能领域的科研人员和技术人员提供有益的参考和启示。
本文将首先介绍储氢材料的研究背景和重要意义，然后从物理储氢材料、化学储氢材料和复合储氢材料三个方面，分别阐述各类储氢材料的最新研究成果和进展。
在此基础上，本文将重点分析储氢材料的性能评价指标，如储氢密度、吸放氢动力学、循环稳定性等，并探讨影响这些性能指标的关键因素。
本文将展望储氢材料的发展趋势和未来研究方向，以期为推动氢能领域的技术创新和产业发展贡献一份力量。
二、储氢材料的分类储氢材料，作为能量储存和转换的重要媒介，在氢能源的应用中扮演着关键角色。
根据其储氢机制和材料特性，储氢材料大致可分为物理吸附储氢材料、化学氢化物储氢材料、金属有机骨架储氢材料以及纳米储氢材料等几大类。
物理吸附储氢材料：这类材料主要通过物理吸附作用储存氢气，如活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这些材料具有高的比表面积和良好的吸附性能，能够有效地吸附并储存氢气。
然而，其储氢密度相对较低，且受温度和压力影响较大。
化学氢化物储氢材料：这类材料通过化学反应将氢气转化为氢化物来储存氢，如金属氢化物（如NaAlHMgH2等）和氨硼烷等。
这类材料具有较高的储氢密度，但储氢和释氢过程通常需要较高的温度和压力，且可能伴随有副反应的发生。
金属有机骨架储氢材料：金属有机骨架（MOFs）是一种新型的多孔材料，具有高的比表面积和孔体积，以及可调的孔径和化学性质。
MOFs材料通过物理吸附或化学吸附的方式储存氢气，具有较高的储氢密度和良好的可逆性。
纳米储氢材料：纳米储氢材料主要包括纳米金属颗粒、纳米碳材料等。
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有效地吸附和存储氢气的材料，是实现氢能源经济利用的关键技术之一、目前，储氢材料的研究进展日益迅速，主要集中在金属氢化物、碳基材料和有机多孔材料等几个方向上。
金属氢化物是当前最常用的储氢材料，其具有高储氢容量和可逆性的优点。
研究者们将重点放在改善金属氢化物的储氢动力学性能方面，包括催化剂的引入、微观结构和晶体形态的调控等。
另外，也有一些新型金属氢化物相如LiBH4、NaAlH4等被发现具有更高的储氢容量和较低的吸附解吸温度，为进一步提高金属氢化物的储氢性能提供了新的思路。
碳基材料是近年来备受关注的储氢材料。
石墨烯是一种具有单层碳原子构成的二维材料，具有大的比表面积和孔隙结构，能够容纳较多的氢气。
同时，碳纳米管、石墨烯氮化物和多壁碳纳米管等碳基材料也被广泛研究。
通过纳米材料的合成和结构调控，可以提高材料的储氢性能。
此外，研究者们还利用功能化改性碳基材料，如使用过渡金属氧化物、转金属等对其进行改性，提高其储氢性能。
有机多孔材料也是一种研究热点。
有机多孔材料具有大的比表面积和丰富的孔结构，可以通过吸附作用容纳大量的氢气。
目前，金属有机框架材料（MOF）和共轭有机多孔聚合物（CMP）是研究的主要方向。
MOF具有多元功能，通过合理选择金属和有机配体可以控制其孔隙结构和氢气吸附性能。
CMP是一种由共轭聚合物构成的大分子材料，通过调节共轭长度和交替共轭单元的数量可以改变其储氢性能。
除了上述主要的研究方向，还有一些其他新兴的储氢材料备受关注，如复合材料、离子交换树脂和化学氮化物等。
复合材料的结构多样性和优异的储氢性能使其成为研究热点。
离子交换树脂具有大的孔隙结构和高度大孔度表面积，能够吸附大量的氢气。
化学氮化物是一类新型储氢材料，具有高的储氢容量和可逆性，但需要进一步研究其可控合成和储氢动力学性能。
总之，储氢材料的研究进展日益迅速，包括金属氢化物、碳基材料和有机多孔材料等多个方向。
储氢材料的研究进展
氢的储存技术是开发利用氢能的关键性技术，如何有效地对氢进行储存，并且在使用时能够方便地释放出来，是该项技术研究的焦点。以上介绍的每一种储氢材料都有或多或少的缺点，制约其长足的发展。比如说，储氢合金虽是主要应用的储氢材料，但大多数储氢合金的自重大，寿命也是个问题，自重低的镁合金很难常温储放氢，大规模应用仍然有困难。碳纳米管储氢材料受到广泛关注，但基础研究不够，能否实用化还是个问题，目前的研究重点是提高室温、常压下氢的吸附量，在吸附机理、吸附剂的合成和吸附剂的净化等方面取得突破性进展。另一思路是制备新型的复合储氢材料，大部分储氢材料的性能都有加合的特点，而单一的储氢材料的性质也较多地为人们所认识。所以，复合储氢材料是未来储氢材料制备的一个走向。
有机物储氢的特点是：(1)储氢量大，苯和甲苯的理论储氢质量分数分别为7.19 %和6.18 %，比传统的金属氢化物、高压压缩的储氢量大得多；(2)储氢剂和氢载体的性质与汽油相似，储存、运输、维护保养安全方便，特别是储存设施的简便是传统储氢技术难以比拟的；(3)可多次循环使用，寿命长达20年；(4)加氢反应放出大量热可供利用。Touzani和Klvana等[16,17]系统地研究了MCH的脱氢反应，并对偶联于氢燃机上的脱氢反应进行了数值模拟。瑞士在研究随车脱氢，为汽车提供燃料的技术方面开展了一系列研发工作[35,36]。Parmaliana等[18]利用商品化的载Pt蜂窝状催化剂研究了苯/环己烷的加氢和脱氢反应，250℃～350℃，常压下，加氢效果最好。Cacciola等[19]论证了用环己烷和甲基环己烷作氢载体的储氢和输氢的可行性。我国的有机液体氢化物储氢技术，1994年石油大学进富[20]对利用Ni - Al2O3催化剂的甲苯气相加氢反应及其动力学进行了研究，取得了一定的进展。2003年，顾仁敖等[21]用共焦拉曼光谱研究了苯在光滑铂电极表面的电化学还原行为，表明苯可直接还原生成环己烷。
MOFs储氢
金属-有机框架物(MOFs)储氢材料研究进展摘要：介绍了一种新型储氢材料—金属-有机框架物(Metal-organic framework，MoFs)。
该材料具有许多优异的性能，如密度小、比表面积大、气孔率高等，并可通过组装来控制框架物的结构和孔径的大小，是一种具有发展前景的新型储氢材料。
在总结、评述MOFs储氢材料的储氢性能及其影响因素等基础上提出了今后的发展方向。
关键词：多孔材料；金属-有机框架物；储氢1 引言近年来，由于化石燃料及自然资源的大量消耗，对于发展新型洁净高效的能源材料来取代传统化石燃料的要求越来越迫切，亟需寻找一种可再生，洁净且含量丰富的新型能源材料。
氢是宇宙中含量最丰富的元素，有着成为将来主要能量载体的潜在优势。
最重要的是，氢与氧气反应的唯一产物是对环境无污染的水，这是当前所用石油等燃料所不能超越的优点。
然而，由于氢的体积能量密度低，如何储存大量的氢，成为氢能源时代到来所要解决的一个关键问题。
在氢气制备、传输、储存和使用过程中，如何使氢气能安全有效地储存是当前最大的障碍。
如果储存的问题解决了，必定激励氢气其他问题的解决。
因此，研究、开发氢气的储存材料与安全储氢技术是当前国际研究的前沿和热点。
2 MOFs储氢材料MOFs材料一般是由离散的金属氧化物团簇(Metal ionconnector)通过刚性有机链(Organic linker)，如芳香族多元羧酸或多元胺等相互连接并自组装形成的晶态材料。
在连接过程中会形成多种有趣的拓扑结构，这些结构的形成与基于苯环的多功能分子的链接方式的差异性、金属-氧或金属-氮核(四面体配位或八面体配位)的点对称性有关。
MOFs的制备方法简单、产率高，而且可以通过设计构建单元，自组装获得不同结构的目标产物，且所得产物具有稳定的规则多孔结构。
大量研究表明，通过变换金属离子中心和有机链可以改变MOFs的孔洞尺寸和结构，进而改变储氢性能。
作为一类新型的储氢材料，MOFs具有许多优点：密度小，例如MoF-177(Zn4O(BTB)2，BTB为1,3,5-苯三安息香酸盐)的晶体密度为0.429/cm3，是目前所报道的储氢材料中最轻的；表面积大，文献报道的MOFs大多具有大于1000m2/g的表面积，比沸石还要高，尤其是MOF-177，N2吸附等温线显示它在77K下有至今所报道的最大的吸附量，其单层吸附表面积达到4500m2/g；特有的立方微孔，具有规则的大小和形状，气体吸附机理是物理吸附，可以在室温、安全压力(小于2MPa)下快速可逆地吸收氢气。
储氢材料的原理解析与研究进展
氢是一种清洁的可再生能源。
储氢材料作为一种可逆的氢元素存储材料，在现代及未来的应用十分广泛。
对于储氢材料性质的研究，将会更好地推动我国相关研究领域的进步。
随着近年来我国经济的不断发展，能源消耗也在大幅度增加，化石能源储量减少，并产生一系列的环境问题，所以寻找一种安全可靠的绿色清洁能源是必然趋势，而氢元素一直是能源系列中的“宠儿”。
由于氢能是一种可循环利用的清洁能源，将在我国能源转换中扮演重要角色。
近年来，氢能产业从行业圈内逐渐走向大众视野，被认为是具有发展潜力的新型产业。
目前唯一存在的应用问题是氢能源的存储技术问题，为了解决这一问题，储氢材料正式问世，利用金属络合物储存氢能，其质量百分密度较高且具有一定的可逆性，实现了储氢材料的正式应用，而此类材料的具体应用也可以更好地推动相关领域的发展。
氢能的储存方式分析氢能是目前发现的能源体系中储量丰富且无公害的清洁能源，是理想化石燃料替代品，而且氢能在燃烧后的生成物只有水，对我国实现“碳达峰”“碳中和”等目标具有重要意义。
在氢能的应用体系中，氢能的存储制约了氢能走向实用化和规模化。
为了解决这一问题，诞生了储氢材料理念。
目前，有3种主要的储氢方式，分别为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。
1高压气态储氢高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术，即通过压力将氢气液化至气瓶中加以储存。
该技术的优点在于，其充装释放氢气速度快，技术成熟及成本低。
而其缺点在于：一是对储氢压力容器的耐高压要求较高，商用气瓶设计压力达到20 MPa，一般充压力至15 MPa；二是其体积储氢密度不高，其体积储氢密度一般在18～40 g/L；三是在氢气压缩过程中能耗较大，且存在氢气泄漏和容器爆破等安全隐患问题。
2低温液体储氢为了解决高压气体储氢体积储氢密度低的问题，人们提出了液态储氢的概念，低温液态储氢将氢气冷却至-253℃，液化储存于低温绝热液氢罐中，储氢密度可达70.6 kg/m3，体积密度为气态时的845倍。
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。
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Chemical Propellants & Polymeric Materials２０１０年第８卷第２期· 15 ·金属储氢材料研究进展范士锋（海军驻西安地区军事代表局，陕西西安 ７１００６５）摘 要：综述了金属储氢原理、目前国内外金属储氢材料的研究现状及应用研究进展，对镁系、稀土系、Ｌａｖｅｓ相系、钛系及金属配位氢化物等几个系列金属储氢材料当前的研究热点和存在问题进行了详细介绍，并对未来金属储氢材料在民品和军工方面的应用研究方向和发展趋势进行了展望。
关键词：金属储氢材料；研究进展；发展趋势中图分类号： ＴＧ１３９．７ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－２１９１（２０１０）０２－００１５－０５收稿日期：２００９－０９－０９作者简介：范士锋（１９７８－），男，工程师，从事战略导弹总体与固体火箭发动机研究。
电子信箱：ｊｉｚｈｅｎｌｉ＠１２６．ｃｏｍ作为燃料，氢具有最高的质量热值（其热值１．２５×１０６ｋＪ／ｋｇ，为汽油的３倍、焦炭的４．５倍），是理想的高能清洁燃料之一［１－２］。
目前，尽管高压（低于１７ＭＰａ）气态储氢、低温（低于２０Ｋ）液态储氢等技术手段使得氢在一些常规燃料和航天推进等领域得以应用，但高压气态氢体积热值小以及低温液态氢液化过程耗能高、使用条件苛刻等问题严重限制了氢作为火炸药能量供给组分的应用。
利用吸氢材料与氢气反应生成固溶体和氢化物的固体储氢方式，能有效克服上述储存方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、使用和运输便利。
因此，今后储氢研究的重点将是新型高性能储氢材料的研发，目前研究较为广泛的主要是金属储氢材料［３］。
储氢材料按氢的结合方式可分为化学键合储氢（如储氢合金、配位氢化物、氨基化合物、有机液体碳氢化合物等）和物理吸附储氢（碳纳米管、多孔碳基材料、金属有机框架材料、纳米储氢材料、多孔聚合物等）。
从上述储氢材料的性能（燃烧热、材料密度、储氢密度、反应活性）等衡量标准分析，高热值的金属储氢材料（包括金属氢化物或合金储氢材料）是火炸药燃料组分的发展重点。
文中主要针对当前金属储氢材料的研究热点和存在问题，对相关金属储氢材料的国内外研究进展进行较为详细的综述，以期为此类高性能材料在火炸药中的应用提供研究思路。
１ 金属储氢原理及储氢研究现状传统的氢气存储方式中，气态储氢方式简单方便，是目前储存压力低于１７ＭＰａ的常用方法，但存在着体积密度小、运输和使用过程中易燃易爆等缺点；液态储氢方法的体积密度（７０ｋｇ／ｍ３）较高，但氢气的液化需要冷却到２０Ｋ的超低温下才能实现，此过程需消耗的能量约占所储存氢能的２５％￣４５％，且液态氢使用条件苛刻，对储罐绝热性能要求高，目前只限于航天领域。
金属储氢材料是目前研究较为广泛、成熟的新型高性能大规模储氢材料之一，其储氢密度高、安全性好、适于大规模氢气储运，最重要的特性是能够可逆地吸、放大量氢气。
氢一旦与储氢合金接触，即在其表面分解为Ｈ原子，Ｈ原子扩散进入合金内部直至与合金发生反应而生成金属氢化物，氢即以原子态储存在金属结晶点内（四面体与八面体间隙位置）。
在一定温度和氢压强条件下，上述吸、放氢反应式如下式所示：其中，吸氢过程放热，放氢过程吸热，上述吸、放氢反应过程热力学和动力学与温度、氢压力密切相关，特别是放氢压力与反应温度呈指数变化关系［４］。
储氢材料性能的衡量标准主要用以下２个产量表示：体积储氢密度和质量储氢密度。
其中，体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量（ｋｇ／ｍ３），质量储氢密度为系统储存氢气的质量与系统质量的比值（质量分数）。
考虑储氢材料在火炸药中的应用，系统燃烧热（与储存介质的热值和储氢质量分数的大小密切相关）、系统密度（与储存介质的密度和结构相关）和反应活性（与氧化Chemical Propellants & Polymeric Materials２０１０年第８卷第２期· 16 ·剂反应活性相关）也是衡量储氢材料性能的重要参数。
不同储氢方式的储氢密度数据见表１和表２。
表１ 不同储氢方式的体积储氢密度及质量储氢密度Ｔａｂ．１ Ｖｏｌｕｍｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｍａｓｓ ｈｙｄｒｏ－ｇｅｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｏｄｅｓ状态体积储氢密度（以氢原子质量储氢个数计）／（个．ｃｍ－３）密度／％气态（标准状态下的气态氢）５．４×１０１００液态（２０Ｋ下的液态氢）４．２×１０２２１００固态（４Ｋ下的固态氢）５．８×１０２２１００ＭｇＨ２６．６×１０７．６６ 金属储氢ＴｉＨ２９．１×１０２２４．０４（金属氢化物）ＬａＮｉ５Ｈ６．７７．６×１０２２１．５８ＴｉＦｅＨ１．９５５．７×１０２２１．８４表２ 储存等量（７ｍ３）氢气所需材料（或容器）质量和体积Ｔａｂ．２ Ｍａｓｓ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ｏｒ ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ）ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ｓｔｏｒｉｎｇ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇａｓ（７ｍ３）状态质量／ｋｇ体积／Ｌ气态氢（标准状态）０．６（５５ｋｇ气瓶）７０００液态氢０．６９ＭｇＨ２ ８５．５ＴｉＨ２１６４．２ＬａＮｉ５Ｈ６．７４１４．８ＴｉＦｅＨ１．９５３４６．６从表１和表２可看出，金属或合金氢化物的储氢密度是气体氢（标准状态下）的１０００倍，即与１０００个大气压下储氢量相当，某些金属材料（如ＴｉＨ２等）的储氢量可达液态储氢量的２倍左右。
２ 金属储氢材料的制备研究进展金属储氢材料可分为２大类：一类是合金氢化物材料，另一类是金属配位氢化物材料。
迄今为止，趋于成熟和具备实用价值的金属储氢材料主要有镁系、稀土系、Ｌａｖｅｓ相系、钛系、金属配位氢化物等几大系列。
２．１ 镁系储氢材料镁系储氢材料以其储氢量高（镁的理论储氢质量分数为７．６％）、资源丰富、成本低廉等特点被公认为是最有前景的储氢材料之一［５－６］。
镁镍合金［７－８］是镁系储氢材料中最主要的一种，Ｍｇ２Ｎｉ 合金由美国 Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ 国家实验室首先研制成功，这类合金的储氢质量分数可达３．８％、密度小、解吸等温线平坦、滞后小，是移动装置上理想的储氢合金；但该储氢材料仍存在着脱氢温度高（解吸压力为１０５Ｐａ时解吸温度为２８７℃）、吸氢速度较低、热焓增量大等缺点。
Ａ． Ｚａｌｕｓｋａ［９］研究了氢气气氛下进行球磨的单质镁的储氢性能，结果发现，粒径３０ｎｍ的镁粉在１．０ＭＰａ氢压下３００℃时２０ｍｉｎ内储氢质量分数即可达４．０％，该纳米晶镁甚至不经活化，一次吸氢即展示出相当好的吸氢能力，而多晶镁在３００℃时基本不吸氢。
Ｊ． Ｈｕｏｔ等人［１０］将质量分数５％ Ｖ与ＭｇＨ２球磨后，在１．０ＭＰａ氢压下１５０℃时２０ｓ内吸氢质量分数即达４．６％，１００ｓ内达到最大吸氢量；在０．０１５ＭＰａ氢压下２００℃时２００ｓ内放氢完全，其吸放氢温度明显降低。
通过添加Ｃａ、Ｃｕ、Ａｌ和稀土金属可提高其吸放氢的速度，从而形成了适合不同用途的Ｍｇ２Ｃｕ、Ｍｇ２Ｃａ、Ｍｇ１．９２Ａｌ０．０８Ｎｉ等镁系储氢合金，大大改善了合金的储氢性能。
Ｓｕｄａ等人［１１］应用氟处理技术改善 Ｍｇ 基合金的表面特性，处理过的合金在比较温和的条件下即表现出良好的吸氢性能，部分氟处理后合金在４０℃下就可吸氢。
２．２ 稀土系储氢材料以 ＬａＮｉ５为代表的稀土系储氢合金被认为是所有储氢合金中应用性能最好的一类。
１９６９年，荷兰Ｐｈｉｌｉｐｓ实验室首次报道了ＬａＮｉ５合金具有很高的储氢能力，从此储氢合金的研究与利用均得到了较大的发展。
金属间化合物 ＬａＮｉ５具有六方结构［１２－１３］，其中有许多间隙位置，可以固溶大量的氢。
晶体结构研究结果表明，ＬａＮｉ５晶胞是由３个十二面体、９个八面体、６个六面体和３６个四方四面体组成，其中十二面体、八面体和六面体的晶格间隙半径均大于氢原子半径，理论上可储存氢原子，而四方四面体晶格间隙较小则不能储存氢原子。
因此，每个ＬａＮｉ５晶胞内理论可以储存１８个氢原子，即最大储氢质量分数为１．３７９％（研究发现，其实测储氢质量分数约为１．３５％￣１．３８％）。
ＬａＮｉ５初期氢化容易，反应速度快，２０℃时的氢分解压较低（仅几个大气压），吸放氢性能优良。
但是，储氢合金存在原材料（Ｌａ）价格高、循环退化严重、易于粉化、密度过大等缺点。
王启东等人［１４］研制的含铈量较少的富镧混合稀土储氢合金 ＭｌＮｉ５（Ｍｌ 是富镧混合稀土），在室温下一次加氢，１００￣４００ＭＰａ即能活化，吸氢质量分数可达１．５％￣１．６％（吸氢平衡时间＜６ｍｉｎ），放氢质量分数约９５％￣９７％（放氢平衡时间＜２０ｍｉｎ），且其平台压力低，吸放氢滞后压差＜２０ＭＰａ，动力学性能良好。
ＭｌＮｉ５的成本比 ＬａＮｉ５范士锋等 · 金属储氢材料研究进展· 17 ·低２．５倍，易熔炼，抗中毒性好，再生容易。
蔡学章等人［１５］采用Ａｌ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｆｅ等置换Ｎｉ以克服合金的粉化，对其储氢性能的改善技术开展了系列研究，现已取得了初步的研究进展。
２．３ Ｌａｖｅｓ相系储氢材料Ｌａｖｅｓ相系合金材料是一类非常具有潜在研究价值的储氢材料，已发现的Ｌａｖｅｓ相系（ＡＢ２型）储氢材料有３种晶相结构：立方晶相Ｃ１５（ＭｇＺｎ２）、六方晶相Ｃ１４（ＭｇＣｕ２）和双六方晶相Ｃ３６（ＮｉＭｇ２）。
相结构的稳定性主要取决于构成材料的元素原子的几何半径比、电负性和各原子的化合价等。
与以ＬａＮｉ５为代表的稀土系储氢材料相比，Ｌａｖｅｓ相系合金材料（ＺｒＶ２Ｈ５．３、ＺｒＭｎ２Ｈ３．６、ＺｒＣｒ２Ｈ３．４）具有较高的存储容量、更高的动力学效率、更长的使用寿命和相对较低的成本等特点［１６］，然而此类材料的氢化物在室温时过于稳定，不易脱氢。
目前开展的更深入的研究侧重于多组分元素取代后形成的Ｌａｖｅｓ相系合金材料，如 Ｚｒ１－ｘＴｘ（Ｍｎ、Ｃｒ）２－ｙＭｙ（Ｔ为Ｔｉ、Ｙ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｎｂ，Ｍ为Ｖ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ）。
２．４ 钛系储氢材料１９６９年，美国Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ国立实验室首次合成具有ＣｓＣｌ结构的ＦｅＴｉ合金，其储氢质量分数为１．８％。
ＦｅＴｉ合金［１７］储氢能力较好，略高于ＬａＮｉ５，其作为储氢材料的优越性在于以下２点：①ＦｅＴｉ合金活化后，能可逆地吸放大量的氢，且氢化物的分解压强仅为几个大气压，接近工业应用；②Ｆｅ、Ｔｉ元素在自然界中含量丰富，价格便宜，适合在工业中大规模应用。