新能源材料——储氢材料的研究进展
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。
完整版储氢材料
储氢材料研究进展班级：*********姓名： ********学号：*********课程老师：**教授日期： ********储氢材料研究进展[1]能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。
随着社会经济的发展, 全球能源供应的日趋紧缺, 环境污染的日益加剧, 已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。
面对化石燃料能源枯竭的严重挑战, 近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。
在新的能源领域中, 洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展, 己引起工业界的热切关注。
氢的规模制备是氢能应用的基础, 氢的规模储运是氢能应用的关键, 氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式, 三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。
但是, 由于氢在常温常压下为气态, 密度很小, 仅为空气的1 /14, 故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。
1 储氢方式[3]氢气的存储有3种方式:液态、高压气态和固态储氢[4] ,它们有各自的优点和缺点。
而利用储氢材料与氢气发生物理或化学作用将氢气存储于固体材料中的固态储氢方式,能有效克服气、液两种存储方式的不足,且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易,特别适合于对体积要求较严格的场合,如在燃料电池汽车上的使用。
固态储氢材料主要有:金属氢化物、配位氢化物和多孔吸附材料等,其中金属氢化物储氢[2]的研究已有30 多年,而后两种的研究较晚。
金属氢化物储氢材料主要有稀土系、Laves 相系、镁系和钛系等;配位氢化物是由碱金属(如Li、Na、K)或碱土金属(如Mg、Ca)与第ⅢA元素(如B、Al)或非金属元素(如N)形成的;多孔吸附材料分为物理吸附和化学吸附两大类,如碳纳米管[5]、BN 纳米管、硫化物纳米管、金属有机骨架材料(MOF)和活性炭等。
然而,传统的金属氢化物因密度大而限制了它们的实际应用。
为了克服这一缺点,许多由轻元素组成的配位氢化物或复杂氢化物被广泛研究,像铝氢化物体系、硼氢化物体系和氨基2亚氨基体系等。
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。
高密度固态储氢材料技术研究进展
高密度固态储氢材料技术研究进展高密度固态储氢材料主要包括金属氢化物、碳材料和复合材料等。
其中，金属氢化物是最常用的固态储氢材料之一、金属氢化物可以在一定的温度和压力下吸收和释放氢气，并且具有较高的储氢容量。
目前研究中主要关注的金属氢化物材料包括镁、钛、锆等金属氢化物。
研究表明，通过纳米化处理和复合材料的制备，可以进一步提高金属氢化物的储氢性能。
另外，碳材料也是一种常用的高密度固态储氢材料。
碳材料具有较高的表面积和丰富的孔隙结构，可以提供更多的吸附位点和储氢空间。
研究表明，通过调控碳材料的结构和制备方法，可以达到更高的储氢容量和吸附能力。
除了金属氢化物和碳材料，近年来复合材料也成为了高密度固态储氢材料的研究热点。
复合材料可以结合不同的材料优点，提高储氢性能。
常见的复合材料包括金属氢化物/碳材料复合材料、金属氢化物/金属氢化物复合材料等。
这些复合材料可以在一定的条件下吸附和释放氢气，具有较高的储氢容量和动力学性能。
除了材料本身的研究，高密度固态储氢材料技术还包括储氢反应动力学和材料结构设计等方面的研究。
储氢反应动力学研究可以提高储氢速率，减少吸附和释放氢气所需的时间。
材料结构设计可以进一步优化储氢容量和动力学性能，实现更高效的储氢。
总之，高密度固态储氢材料技术在过去的几年里取得了许多重要的研究进展。
不论是金属氢化物、碳材料还是复合材料等，都在不断地提高储氢容量和动力学性能。
未来，我们可以期待高密度固态储氢材料技术在氢能源储存和传输领域的广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录1 储氢合金 (1)1.1 储氢合金的原理 (1)1.2 理想的贮氢金属氢化物 (2)1.3 常用储氢合金 (2)1.3.1 稀土系储氢合金 (2)1.3.2 镁系储氢合金 (2)1.3.3 镁基储氢材料的主要制备方法 (2)2 碳基和有机物储氢材料 (2)2.1 碳基储氢材料 (2)2.1.1 活性炭储氢 (2)2.1.2 碳纤维储氢材料 (3)2.1.3 碳纳米管储氢材料 (3)2.2 有机物储氢材料 (3)2.2.1 有机液体储氢 (3)2.2.2 金属有机物储氢 (3)3 络合物储氢材料 (3)4 玻璃微球储氢材料 (4)5 总结 (4)6 参考文献 (5)新能源材料——储氢材料的研究进展摘要综述了近年来储氢材料的研究进展, 简要介绍了合金、碳基和有机物、络合物和玻璃微球等几种主要储氢材料的储氢材料应用并指出储氢材料发展趋势。
关键词储氢材料，应用，进展能源是国民经济的基础, 是人类赖以生产、生活和生存的重要源泉。
随着科学技术的进步, 人类社会经历了薪柴、煤炭和石油三个能源阶段。
从未来社会能源结构看, 人类一方面要面对煤、石油等矿物能源的日益枯竭, 另一方面又要正视矿物能源所造成的环境污染问题。
如酸雨、温室效应等已给人类带来了相当大的危害, 而汽车尾气也成为大气污染的一个主要来源之一。
因此寻找一种可替代传统碳氢化合物能源的新能源已成为世界各国科学家毕生奋斗的目标。
氢在宇宙间含量丰富, 具有许多特殊的性质, 是理想的二次能源。
氢是一种高能量密度、清洁的绿色新能源, 它在燃料电池以及高能可充放电电池等方面展现了很好的应用前景。
在利用氢能的过程中, 氢气的储存和运输是关键问题。
传统的高压气瓶或以液态、固态储氢都不经济也不安全。
而使用储氢材料储氢能很好地解决这些问题。
目前所用的储氢材料主要有合金、碳基和有机物、某些络合物和玻璃微球储氢材料。
本文讨论了几种主要储氢材料的储氢功能特点, 综述了它们的近期研究进展。
1 储氢合金储氢合金是一种能储存氢气的合金，它所储存的氢的密度大于液态氢，因而被称为氢海绵。
而且氢储入合金中时不仅不需要消耗能量，反而能放出热量。
储氢合金释放氢时所需的能量也不高，加上具有安全可靠、储氢能耗低、单位体积储氢密度高等优点，因此是最有前途的储氢介质。
1.1 储氢合金的原理合金可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成了化合物，即气态氢分子被分解成氢原子而进入了金属之中。
由于氢本身会使材料变质。
而且，储氧合金在反复吸收和释放氢的过程中，会不断发生膨胀和收缩，使合金发生破坏，因此，良好的储氢合金必须具有抵抗上述各种破坏作用的能力。
1.2 理想的贮氢金属氢化物理想的贮氢金属氢化物应具有如下特征: (1) 贮氢量大, 能量密度高; (2) 氢解离温度低, 离解热小; (3) 吸氢和氢解离的反应速度快; ( 4) 氢化物的生成热小; (5) 质量轻、成本低; (6)化学稳定性好, 对O2、H2O等杂物呈惰性; (7) 使用寿命长。
1.3 常用储氢合金1.3.1 稀土系储氢合金稀土储氢合金, 它的优点是活化容易、分解氢压适中、吸放氢平衡压差小、动力学性能优良、不易中毒。
1.3.2 镁系储氢合金镁基合金中比较有代表性的是镁镍系和镁-铝系, 镁和镍的合金体系中, 可以形成两种比较稳定的金属间化合物Mg2Ni和MgNi2。
镁-铝系合金有Mg3Al12(γ)、Mg17Al12(γ)、Mg2A l3(β)等类型, 研究重点则是镁和铝的不同组成以及添加第三种元素对其储氢性能的影响。
1.3.3 镁基储氢材料的主要制备方法1）熔炼法是制备镁基储氢材料的一种传统方法,Reilly等首先以镁和镍混合熔炼成Mg2Ni 合金。
2）扩散法：用还原扩散法和共沉淀还原法可以制取镁基储氢材料, 但是由于镁是活泼金属, 用这两种方法制备镁基储氢材料有很大的困难。
而常采用置换扩散法和球磨扩散法。
3）机械合金化是一种制备细粉粒的固态反应方法, 在材料的制备过程中, 不同的元素组份在球磨机内磨球的碰撞挤压下, 发生强烈的塑性变形, 不同的元素组份冷焊在一起, 随后发生断裂、冷焊、断裂的不断重复进行, 使得粉粒总是在最短的尺度上以新鲜的原子面互相接触, 最终实现在熔炼状态下才能达到的合金化的目的。
2 碳基和有机物储氢材料2.1 碳基储氢材料2.1.1 活性炭储氢活性炭贮氢主要用于低压吸附贮氢, 如作为汽车燃料的贮存。
由于该技术具有压力低、贮存容器自重轻、形状选择余地大、成本低等优点, 已引起广泛关注。
但美国能源部( DOE) 要求, 对燃料电池电动汽车, 其体积储氢密度必须达到63kg/ m3, 质量分数6150%。
2.1.2 碳纤维储氢材料碳纳米纤维表面具有分子级细约10nm的中空管, 比表面积大,而且可以合成石墨层面垂直于纤维轴向或与轴向成一定角度的鱼骨状特殊结构的纳米碳纤维, 大量氢气可以在纳米碳纤维中凝聚, 从而可能具有超级贮氢能力。
2.1.3 碳纳米管储氢材料碳纳米管分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及由单壁纳米碳管束形成的复合尽管人们对碳纳米管储氢的研究已取得了一些进展, 但至今仍不能完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学变化过程, 也无法准确测得纳米管的密度,今后还应在储氢机理、复合掺杂改性和显微结构控制等方面进行深入研究。
2.2 有机物储氢材料2.2.1 有机液体储氢有机液体氢化物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢反应和脱氢反应实现的。
加氢反应实现氢的储存(化学键合) , 脱氢反应实现氢的释放。
不饱和有机液体化合物做储氢剂,可循环使用。
2.2.2 金属有机物储氢金属有机物储氢是最近几年发现的一类很有前景的储氢材料。
金属有机多孔骨架化合物, 又称为金属有机配位聚合物,它是由金属离子和有机配体自组装而形成。
这类金属有机多孔骨架化合物有各种各样的孔道类型, 最近, 一种新型的多孔金属有机结构( MOFs)已经吸引了人们的注意。
在室温和较宽的压力范围内, 通过溢出可以使储氢量大大提高, 是一个前景很好的储氢材料。
3 络合物储氢材料日本的科研人员首先开发了氢化硼钠(NaBH4)和氢化硼钾(KBH4) 等络合物储氢材料, 它们通过加水分解反应可产生比其自身含氢量还多的氢气。
后来又有人研制了一种被称之为“Aranate”的新型贮氢材料——氢化铝络合物( NaAlH4) , 这些络合物在加热分解后可放出总量高达7. 4%(wt)的氢。
氢化硼和氢化铝络合物是很有发展前景的新型储氢材料, 但为了使其能得到实际应用, 人们还需探索新的催化剂或将现有的钛、锆、铁催化剂进行优化组合以改善NaAlH4 等材料的低温放氢性能。
4 玻璃微球储氢材料玻璃微球直径在25~ 500μm之间, 球壁厚度低于1μm。
在200~ 400℃范围内, 材料的穿透率增大, 使得氢气可在一定压力的作用下进入到玻璃体中, 当温度降到室温附近时, 玻璃体的穿透性消失,氢气留在玻璃微球体内, 随后随温度的升高即可释放出氢气。
中空玻璃微球主要有MgAlSi、石英、聚酰胺、聚乙烯三酚盐酸和N29等, 质量储氢量为15%~ 42%(wt) 。
微球储氢是一种具有发展前途的储氢技术, 其技术难点在于制备高强度的空心微球。
5 总结金属氢化物储运氢气具有安全性高、成本低、体积密度高等优点, 而且安全性很高, 使用也很方便。
利用储氢材料对氢气的选择性吸附可进行氢气的分离与净化。
储氢合金不但有储氢的本领,而且还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。
储氢合金在吸氢时放热, 在放氢时吸热, 利用这种放热-吸热循环, 可进行热的储存和传输, 制造制冷或采暖设备。
镁基储氢材料储氢容量大、质量轻以及地球上镁的储量大而有着广阔的应用前景, 一般讲, 镁基储氢材料主要应用于储氢器和电极, 还可以用做提纯分离、热泵、恒温系统、同位素分离、温度传感器、燃料电池氢源等方面。
碳基吸附储氢材料尽管前景美好, 仍有很多问题需要解决: 活性炭吸附储氢只是在低温下才能实现好的吸附特性; 常温常压下纯的碳纳米管对于氢气的储存能力很低, 且过程相当缓慢, 一般需要25h, 而且至今仍不能完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学过程, 也无法准确测得纳米管的密度, 今后还应在储氢机理、复合掺杂改性和显微结构控制等方面进行深入研究。
且这些高比表面积活性炭、碳纤维及碳纳米管价格昂贵、产量低, 大规模进入商业应用还有一段路要走。
金属有机物中的金属与氢的结合比起石墨化的碳与氢的结合更为牢固, 且通过改性有机成分, 能促使金属有机物与H2间的相互作用加强, 从而使金属有机物作为储氢材料的应用前景正在逐步被开发出来。
其中的金属有机多孔材料世界无穷无尽, 它要求合成化学家不断地去探索和研究。
新的合成策略, 例如应用不同的溶剂体系、新模板的合成、由较大的簇单元或由不同种类的簇单元为建筑块来构筑多孔骨架等, 是开发新型多孔材料的一个关键,也是探索新型的金属有机物储氢材料的关键。
6 参考文献[1] 李中秋,张文丽.储氢材料的研究发展现状[J].化工新型材料.V ol.133,No.110,38-41.[2] 房文斌,张文丛,于振兴等.镁基储氢材料的研究进展[J].中国有色金属学报.Oct. 2002,V ol. 12 ,No. 5,853-862.[3] 朱治彦,王从增,张连宝等.镁基储氢材料的研究进展[J].电子工艺技术.2007,5,28(3).130-134.[4] 吕丹,刘太奇.碳基和有机物储氢材料的研究进展[J].新技术新工艺.2006,8,14-17.[5] 吴峻青,周仕学,杨敏建等.碳纳米球储氢材料的制备及影响因素研究[J].2007,10,35(10).70-73.[6] 岳增武,王德州.新型能源材料-贮氢合金的研究进展[J].2003,6(4),20-22.[7] 唐文静,傅和青,黄洪.新型能源载体-储氢材料研究进展.2006,10,V ol.134,No.110,22-24.。