碳纳米材料作为储氢材料相关
这些现象可由氢分子在孔中的局部密度分布来解释. 氢气在77 K 和 三个不同的压力p= 1121MPa, 4191 MPa, 1614 MPa 下的各个碳 管内的局部密度分布见图4. 从图4 可以看出, 在1121 MPa 的压力 下, 11225 nm 的碳管中的流体分子的第一层已经排满, 进一步的加 压只能使中心的一行分子的密度增加, 而这对分子数密度影响不大. 在2104 nm 和21719 nm 的碳管中, 当压力增加到4191 MPa 时, 最外层的已经接近排满, 而且第二层已经出现. 进一步增加压力对孔 内的分子数密度影响较小.
发现
1997年 , Dollin 等[3] 首先研究了单壁碳纳米管束的吸附储氢 能力, 并且发现在130 K 时储氢的重量百分比在5% ~ 10% 的范围 内, 接近或高于美国能源部的重量百分比为615 wt% 的目标. Ye 等 [ 4] 测量了高纯度的单壁碳纳米管束的吸附储氢能力, 他们发现在 80 K 和7 MPa 氢的存储能力高达8125 wt% , 并且在4 MPa 左右 氢的存储能力会有突然的升高. Liu 等[ 5]报道在300 K 和 1011MPa 的实验中发现碳纳米管束的储氢能力可达412 wt%
3 Dillon, A. C. ; Jones, K. M. ; Bekkadahl, T. A. ; Kiang, C. H. ; Bethune, D. S. ; Heben, M. J. Nature 1997,386 , 377. 4 Ye, Y. ; Ahn, C. C. ; Withem, C. ; Fultz, B. ; Liu, T. ;Rinzler, A. G. ; Colbert, D. ; Smith, K. A. ; Smalley, R.E. Appl . Phys . Lett . 1999, 74, 2307. 5 Liu, C. ; Fan, Y. Y. ; Liu, M. ; Cong, H. T. ; Cheng,H. M. ; Dresselhaus, M. S. Science 1999, 286 , 1127.
碳纳米纤维的储氢机理
理想的储氢材料应存在一种由长条状的纳米级孔隙组成的结构, 孔的宽 度应略微大于氢的直径( 0. 289nm) 。到目前为止, 石墨结构类材 料被认为是最佳的储氢材料。对各种物理吸附剂的实验测定表明, 炭吸 附材料对于少量的气体杂质不敏感, 且可重复使用。碳纳米纤维中存在 横断切面, 其面积在0. 3 nm2~ 5 nm2 的范围内, 长度在10Lm~ 100Lm 之间。碳纳米纤维是由催化裂解气态烃在450 e ~750 e 反 应而制得的。
碳纳米纤维吸附氢气的机理可能为: 边缘裸露的石墨片层对氢进行物 理吸附, 当吸附氢达到一定浓度后, 有一部分氢分子开始通过碳纳米 纤维表面的微孔或沟槽及两端的开口向碳纳米纤维的层间进行扩散, 以进行更深层次的化学吸附。此时, 氢与石墨片层上的离域P电子产生 强烈的相互作用。在吸附过程中, 碳纳米纤维中石墨片层晶格适度膨 胀, 使得多层吸附在移动的缝壁上发生。在这种条件下,石墨片层有一 种流动的特性, 这是碳纳米纤维具有极高吸附能力的原因之一。另外 由于石墨片层中的许多横断切面结构的存在, 使得它们有大量的裸露 的石墨片层边缘, 扩散的极限很容易被克服, 这可能也是碳纳米纤维 具有高吸附性能的原因之一。
DFT 方法
密度泛函的中心思想是非均匀流体的的巨势仅是密度的函数, 而使巨势 最小的密度是事实上的平衡的密度, 即
其中ρ( r ) 是局部密度( Local density ) , F [ ρ( r) ] 是Helmholtz 自由能, v ( r) 是吸附势( 外部力) , 这里就是氢 气与SWNTs 管壁的相互作用, μ 是化学势.
碳纳米材料作为储氢材料最 近的热点
1991 年5 月, 日本的Iijima 发现了碳纳米管[ 2] ,由此揭开了对一 维碳纳米材料的广泛研究。一维碳纳米材料包括碳纳米管和碳纳米纤维。由 于它们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, 因此这种碳纳米材料有望为储氢供一条有效的途径。 1995 年, V. Likholobov[ 3] 等报道了碳纳米纤维的吸附热和亨利系 数随着吸附质分子尺寸的少量减少而迅速增大的结果, 这与常规活性炭的吸 附特性正好相反。因此表明碳纳米纤维有可能对小分子氢显示超常吸附。 1997 年, Dillon 等报道单壁碳纳米管对氢的吸附量比活性炭大的多, 其吸附热也约为活性炭的5 倍[ 4] 。同时Dillon 报道用1mg 没有净化 的烟灰, 其中包含0. 1W/% ~ 0. 2 W/% 的单壁碳纳米管, 及一部分钴 催化剂, 在273 K 时可吸收5 W/ %的氢气[ 4] 。Chambers 发现在 12MPa 和室温的条件下鱼骨状的碳纳米纤维的氢吸附率可高达23. 33 L/ g[ 5] 。Chen 等报道[ 6] 使用不同金属掺杂的碳纳米管作为吸附剂, 在653 K 下, 获得20 W/ % 的吸附率。我国学者最近发表的报告表明, 碳纳米纤维储氢的吸附率可达到9. 99 W/ %[ 7], 单壁碳纳米管在常温, 12 MPa 压力下的储氢密度为4. 2W/ %[ 8] , 碳纳米纤维在同样条件下 的储氢密度最高达13. 6W/ %[ 9- 11] 。这一结果的确令人振奋。
势能模型与DFT 方法
1.用LJ 模型势函数来表征氢气分子之 间的相互作用能
式中r 是分子间的距离, σ 是碰直径, ε是势阱的 深度.
本文将氢气在碳纳米管束中的吸附看作是氢气在碳纳米管束的管内吸附 量和氢气在碳纳米管束的管间的吸附量的和. 由于流体分子之间的近程 作用衰减较快, 本文忽略分别位于管间和管内流体分子之间的相互作用.
从图2 和3 可以看出温度对 吸附量的影响. 在低温下, 由于流体分子与壁面以及别的 流体分子之间的比较容易亲和, 故在低温下不仅管内吸附的流 体分子的重量百分比而且分子 的数密度均较高.从图2 和3 可以看出在77 K 时, 氢气在 11225nm 的孔中在低压3 MPa 下已达到饱和吸附, 而 在孔径2104 nm 和21729 nm 中, 吸附等温线在0 ~ 5MPa的压力范围内是急速增 加的, 而后增加变得相当缓慢.
氢气在单壁碳纳米管束的碳管中 吸附的 密度泛函研究
本文研究了温度和孔径对氢气在SWNT 管内吸附的影响. 不同温度77 K 和300 K 下, 氢气在管径为11225 nm, 2104 nm 和21719 nm 的单壁碳纳米管中的吸附等温线在图2 和图3 给出, 其中吸附量分别 以分子数密度( 图2) 和重量百分比( 图3) 为单位.
在本文中用到的量: 单位体积储存能力( Volumetric storage capacity, Vsc ) , 重量百分比( Gravimetric storage capacity, Gsc ) , 超额吸附量( Excess adsorption, Ea) 分别定义如下,
其中mH2为孔内吸附的氢气质量, mSWNTs 为SWNTs的质量, m0H2为 主体流体的质量( 即没有吸附剂时的流体质量, 在这里采用MBWR 状 态方程计算[ 24] ) , 而V 为吸附孔的有效体积. 有效体积的计算 是基于Kaneko 等[ 25] 定义的有效孔宽: Hc= H - 2z0 + σff ( 7) 其中z 0= 018506 σsf , 例如在这里有效孔径为Dc= D- 01245 nm ( 8)
在吸附氢测试中, 压力保持恒定后, 储氢容器中剩余的氢气被排空, 然后用排水法来测试碳纳米纤维脱附氢气的体积。通过GC-MS 对排出 的气体进行分析得知: 排出的气体只有氢一种成分存在。由此表明碳 纳米纤维除了与氢气发生吸附外, 没有和氢气发生别的化学反应。在 室温下, 碳纳米纤维解析氢气的速度非常快, 5min~ 10min 就解析 完毕。但在同样条件下, 金属化合物没有解析氢气, 直到加热到300 e , 才开始解析。各种材料脱附氢气的情况列于表1[ 5] 。在所有情 况下, 碳纳米纤维在室温下吸附与脱附氢气的体积都不同, 吸附量大 于脱附量。由此推论, 碳纳米纤维吸附氢气过程中, 可能发生了化学 吸附。为了进一步搞清楚这种现象, Chambers 用程序升温法检测碳 纳米纤维脱附氢气的情况。在这个方法中, 在氮气的气氛下, 使温度 以10 e / min 的速度上升, 样品脱附的氢气用TCD 检测。从测试 的过程得出: 随温度上升, 解析氢气的体积分数明显增高,温度越高, 解析氢气越完全。由此可得出结论, 碳纳米纤维吸附氢气过程中还发 生了化学吸附。
碳纳米纤维常温储氢应用前 景及存在的问题
从以上碳纳米纤维储氢的数据看, 碳纳米纤维在室温储氢已具备应用前景。 但作为具有应用价值的储氢材料, 仅仅考察一种储氢密度是不够的, 还必 须考察碳纳米纤维的体积储氢密度。因为: 例如5人座氢燃料电池驱动的轿 车行驶500 km 约需4 kg氢气。油箱的体积是50 L~ 60 L。因此体积储 氢密度必须达到67kg / m3~ 80 kg/ m3。实际上, 液氢的体积密度也只 有60 kg/ m3, 说明不增加燃料箱体积是不行的。由此碳纳米纤维的堆密 度也需提高。尽管碳纳米纤维的绝对密度可接近单晶石墨的密度, 但其堆密 度将会相当地小于此密度。目前, 关于储氢后的碳纳米纤维的体积的直接数 据很难得到, 所以无法估计碳纳米纤维储氢后氢的密度。但有理由相信氢密 度是很高的。目前, 许多人在利用显微技术容量的一个重要因素。Wang 等 [ 12] 与Farida[ 13] 等分别运用量子化学方法计算得出碳纳米管阵列 在77 K 时的储氢量才能达到燃料汽车的需要。所以提高碳纳米管在室温时 的储氢量是另一个需要解决的问题。此外, 碳纳米材料吸放氢速度缓慢。碳 纳米管需要5h 达到最大容量, 碳纳米纤维需要14h 达到最大吸附容量。 这如同给蓄电池充电一样, 不能适应现今产业要求。
理论研究
关于氢气在SWNTs 中吸附的理论研究相对较少. Stan 和 Cole[ 13] 利用LJ 势模型来表征氢气和SWNTs 的相互 作用并计算了氢气在SWNTs 中的吸附. Gordon 和 Saeger[ 14] 用DFT 方法计算了氢气在SWNTs 的管内 的吸附, 其中的氢分子之间以及氢分子和孔壁之间的相互 作用用Lennard-Jones ( LJ) 分子表征. 在文献中 Gordon 和Saeger 仅仅考虑了孔内的吸附, 而没有计算 孔间的吸附, 并且在DFT 计算中仅考虑了小孔径. 其计算 结果也远小于615 wt% . 在本文中, 作者将DFT 理论应 用于氢气分子在管间吸附的研究, 并将考察的孔径范围由1 nm 扩展到21719 nm.
储氢材料
储氢材料摘要：作为一种新型的清洁能源，氢的廉价制取、安全高效储存与运输及其模型应用，将是今后研究的重点。
本文介绍了储氢材料的结构、性能、制备及应用；展望了储氢材料的发展趋势。
关键字：氢；储氢材料；清洁能源1引言随着传统能源的日渐枯竭，致使人类面临着能源、资源和环境危机的严峻挑战，同时人们环保意识的日益增强，开始大力寻找新的洁净能源己成为科研工作的焦点[l]。
在这些过程中，氢以其独有的优点逐渐得到人们的公认。
氢作为洁净能源具有以下优点：(l) 氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染；(2) 氢可以通过太阳能、风能等分解水而再生，是可再生能源；(3) 燃烧1g氢放出的热量是等量汽油的3倍左右；(4) 氢资源丰富，可通过水、碳氢化合物等电解或分解生成。
由此可见，氢是一种清洁，高效的能源，在未来有着广阔的应用前景。
在氢能利用过程中，有两个重要的方面，即氢能的制备和储运。
在氢能的制备方面：人类通过利用太阳能光解海水可以制得大量的氢；故氢的储存和运输是其发展和应用中遇到的难点之一。
2 氢的存储标准与现状“储氢材料”顾名思义是一种能够储存氢的材料。
衡量储氢材料性能的标准主要有2个：体积储氢密度(kg/m3)和储氢质量分数(%)。
体积储氢密度为系统单位体积内储存氢气的质量，储氢质量分数为系统储存氢气的质量与系统质量的比值。
另外，充放氢的可逆性、充放气速率及可循环使用寿命等也是衡量储氢材料性能的重要参数[2]。
和其它物质一样，氢的存在状态也是固态、液态、气态。
气态时存储方式较为简单方便，也是目前储存压力低于17MPa氢气的常用方法。
但其密度较小，体积大；由于是易燃气体在运输和使用过程中存在安全隐患是该方法的不足之处。
液态储氢方法的体积密度高(70kg/m3)，但氢气的液化需要冷却到20K的超低温下才能实现，此过程消耗的能量约占所储存氢能的25%~45%。
液态氢不仅储存成本高，而且使用条件苛刻，目前只限于在航天技术领域中应用。
纳米技术在能源及环境领域的应用
纳米技术在能源及环境领域的应用随着科技的不断发展，纳米技术作为一项前沿技术，得到了广泛关注和研究。
纳米技术能够探究微观世界，理解纳米尺度下物质的行为规律，同时也能够利用这些规律来开发出一系列实用的纳米材料。
近年来，纳米技术在能源及环境领域的应用，受到了越来越多的关注。
本文将探讨纳米技术在这两个领域的应用，并分析其现状及未来趋势。
一、能源领域1.1 纳米材料在太阳能电池中的应用光伏发电是当前最为广泛的一种清洁能源利用方式，而太阳能电池作为光伏发电的核心组件，其性能的提高是提高光伏发电效率的重要途径。
纳米技术可以通过调制材料的结构来改变其光电性能，例如通过在太阳能电池中添加纳米材料作为光吸收剂，提高光的吸收程度，从而提高电池的转化效率。
1.2 纳米材料在锂离子电池中的应用锂离子电池是目前商业化程度最高的可充电电池，应用范围广泛。
然而，其容量密度和充电速率等方面仍有待提高。
纳米技术可以通过调控电极材料的纳米结构，增加电极表面积和离子扩散通道，从而提高电池的容量密度和充电速率。
例如，利用纳米铁氧体材料作为电极材料，在锂离子电池中可以显著提高循环性能和充电速率。
1.3 纳米材料在储氢材料中的应用储氢技术是目前实现氢能源利用的重要途径。
而纳米多孔材料作为一种具有高储氢容量、快速充放氢特性和良好稳定性等特点的材料，被广泛应用于氢能源的储存和利用中。
纳米技术可以通过调节材料的孔径和表面性质等调控储氢性能，例如利用碳纳米管等纳米材料作为储氢材料，在储氢方面表现出了良好的性能。
二、环境领域2.1 纳米材料在水处理中的应用水资源是人类生产和生活的必需品，但世界各地仍有大量水资源短缺的问题存在。
而水处理技术的发展可以提高水资源的利用效率和水质，纳米技术在其中的应用不可忽视。
例如，利用纳米氧化铁、纳米炭黑等材料作为吸附剂，可以高效地去除废水中的重金属离子等污染物。
此外，纳米技术还可以制备具有高效催化性能的纳米催化剂，例如利用纳米铜催化剂对含氨废水进行处理，可以显著降低氨氮含量。
碳纳米管的性能及应用领域
碳纳米管的性能及应用领域碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有很多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料讨论的深入其广阔的应用前景也不断地呈现出来。
一、碳纳米管的性能1.1力学性能不同类型的碳纳米管碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。
碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相像，但其结构却比高分子材料稳定得多。
碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。
若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲乏性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
1.2导电性能碳纳米管制成的透亮导电薄膜碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特别的电学性质。
碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。
对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。
对于这个的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。
1.3传热性能采纳了碳纳米管涂层的热水器内胆碳纳米管具有良好的传热性能，碳纳米管具有特别大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。
另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
二、碳纳米管的应用2.1电子领域碳纳米电子管（CNTS）是一种具有显著电子、机械和化学特性的独特材料。
其导电本领不同于一般的导体。
性能方面的区分取决于应用，或许是优点，或许是缺点，或许是机会。
在一理想纳米碳管内，电传导以低温漂轨道传播的，假如电子管能无缝交接，低温漂是计算机芯片的优点。
诸如电连接等的混乱极大地修改了这行为。
对十较慢的模拟信号的处理速度，四周环围着平向球分子的碳纳米管充当传播者已被试验证明。
多孔碳纳米材料的分类、制备及应用
多孔碳纳米材料的分类、制备及应用孙镇镇/文【摘要】多孔碳纳米材料的孔径可以在微孔、介孔和大孔很宽的范围内进行调控，并且在一种碳材料中可以同时含有多级孔结构；依赖于合成途径，多孔碳的孔道可以有序或无序；形貌也具有多样性，可以是膜、球、纤维、短棒、单晶和体材料等多种形貌。
多孔碳材料独特的结构和性质，使之在气体和液体的分离、水处理、空气净化、生物和能源等诸多领域都具有广泛的应用前景。
本文主要介绍了多孔碳纳米材料的分类，重点阐述了多孔碳纳米材料的制备方法，并对其应用进行了展望。
【关键词】多孔碳纳米材料分类；制备方法；应用前景多孔碳纳米材料是指具有不同孔结构的碳纳米材料，其孔径可以根据实际应用的要求(如所吸附分子尺寸等)进行调控，使其尺寸处于纳米级微孔至微米级大孔之间。
多孔碳纳米材料具有碳材料的性质，如化学稳定性高、导电性好、价格低廉等优点；同时，孔结构的引入使其同时具有比表而积大、孔道结构可控、孔径可调等特点。
多种形态的活性炭是这类材料的典型例子，它们在气体和液体的精制、分离以及水处理、空气净化、色谱分析、催化和光催化及能量存储等领域得到了广泛的应用。
1.多孔碳纳米材料的分类1.1根据孔直径分类按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义，可以根据多孔碳材料的孔直径将其分为三类:微孔(小于2nm)；介孔(2～50nm)和大孔(大于50nm)。
1.2根据结构特点分类根据多孔碳材料的结构特点，又可以将其分为无序多孔碳材料和有序多孔碳材料。
其中无序多孔碳材料的孔道不是长程有序，孔道形状不规则，孔径大小分布范围宽。
有序多孔碳材料具有孔道有序性，孔道形状和孔径尺寸可以得到很好的控制，且孔径分布范围窄。
在有序多孔碳材料中研究比较多的材料是有序介孔碳，如CMK-3，其孔径在介孔范围内，一般可以利用有序介孔二氧化硅SBA-15作为硬模板合成而得。
25中国粉体工业 2019 No.52.多孔碳纳米材料的制备方法多孔碳纳米材料的制备方法较多，归纳起来有以下几类:2.1 模板法模板法是用已可直接制备材料的形貌来控制制备其他材料形貌的方法。
低维材料
低维材料的发展现状及前景—碳纳米管的制备及其应用摘要：碳纳米管具有奇异的物理化学性能，如独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等，90年代初一经发现即刻受到物理、化学和材料科学界以及高新技术产业部门的极大重视。
应用研究表明，碳纳米管可用于多种高科技领域。
如用它作为增强剂和导电剂可制造性能优良的汽车防护件；用它作催化剂载体可显著提高催化剂的活性和选择性；碳纳米管较强的微波吸收性能，使它可作为吸收剂制备隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料等。
碳纳米管被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，世界各国均在制备和应用方面投入大量的研究开发力量，期望能占领该技术领域的制高点。
关键词：碳纳米管，碳纳米管的批量制备，储氢技术一、碳纳米管的批量制备碳纳米管要实现工业应用，首先必须解决碳纳米管的低成本大量制备问题。
碳纳米管自1991年被发现以来，其制备工艺得到了广泛研究。
目前，有三种主要的制备方法，即电弧放电法、激光烧蚀法和固定床催化裂解法。
电弧放电法和激光烧蚀法制得的产物中，碳纳米管均与其他形态的碳产物共存，分离纯化困难，收率较低，且难以规模化。
第三种固定床催化裂解法由天然气制备碳纳米管具有工艺简便、成本低、纳米管规模易控制、长度大、收率较高等优点，有重要的研究价值，但该方法中催化剂只能以薄层的形式展开，才会有好的效果，否则催化剂的利用率就低，因而产量难以提高。
沸腾床催化裂解反应工艺气固接触良好，适合处理大量固体颗粒催化剂，用沸腾床催化裂解法代替固体床催化裂解法可大幅度提高碳纳米管的制备量。
在沸腾床催化裂解反应器中，原料气体以一定的流速通过气体分布板，将气体分布板上活化了的催化剂“吹”成“沸腾”状态。
催化剂颗粒一直处于运动之中，催化剂颗粒之间的距离要比固定床中催化剂颗粒之间的距离大得多，催化剂表面上易生长出直的碳纳米管，又因催化剂颗粒之间的相互碰撞，碳纳米管容易从催化剂表面脱出。
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。
氢能产生与存储关键材料简
三种储氢方法的比较：
四、储氢材料
1.金属储氢材料：稀土系；钛系；镁系。 2多孔吸附储氢材料：聚合物；多孔矿物材料；金属有 机物多孔材料。 3. 有机液态储氢材料：,常用的有机物氢载体有苯、甲 苯、甲基环己烷、萘等。
4.纳米材料：纳米碳管；镁基纳米；纳米贵金属等。
4.1金属储氢材料
金属储氢材料通常是指合金氢化物材料, 其储氢密度是标态下氢气的1000倍以上,与液 氢相同甚至超过液氢。目前,趋于成熟和具备 实用价值的金属储氢材料主要有镁系合金和钛 系合金等。
4.2多孔吸附储氢材料
多孔固体材料具有储氢工作压力低、储存容器重量轻、形状 选择余地大等优点,成为当前储氢材料开发和研究的热点。作为储 氢用多孔吸附材料基本上可分为:碳基多孔材料、非碳纳米管类材 料、矿物多孔材料和金属有机物多孔材料。 （1）碳基多孔材料
近年来,由于纳米材料制备技术的快速发展,碳及纳米碳储氢成 为储氢材料研究的焦点。其中活性碳(AC)以其吸附能力大、表面
（2）矿物多孔储氢材料
矿物多孔储氢材料是指具有结构性纳米孔道的多孔 矿物,如:沸石、坡缕石、海泡石等。理论上讲,它的储 氢原理与多孔材料的储氢原理是相似的。也是利用材 料表面对氢分子的静电吸附来完成储氢工作的。但到
目前的研究为至,该类材料的储氢能力还不是有机液体氢化物储氢技术是20世纪80年代国外开
科学家研究表明: 某些金属具有很强的捕捉氢的能力。在一
定的温度和压力条件下,这些金属能够大量 “吸收”氢气, 反应生
成金属氢化物 (metalhydrides), 同时放出热量。将这些金属氢化 物加热, 它们又会分解将储存在其中的氢释放出来。这些会 “吸
收”氢气的金属, 被称为储氢合金(hydrogen storage metal)。(如
碳基储氢材料的技术研究及展望
第 50 卷 第 5 期2021 年 5 月Vol.50 No.5May. 2021化工技术与开发Technology & Development of Chemical Industry碳基储氢材料的技术研究及展望付东升(中国石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)摘 要：本文从功能性材料和纤维缠绕结构性复合材料两个方面，总结了碳基材料在储氢领域的技术进展。
功能型储氢材料的技术原理是表面吸附，包括活性炭、活性炭纤维、纳米碳纤维、碳纳米管、石墨烯等，应用的关键在于开发较高温度下的低成本吸附材料。
高性能纤维缠绕复合材料是高压储氢技术的研究热点，结合低温技术，可以实现在保证储氢能力的同时降低压力，具有较好的经济性。
关键词：碳基材料；储氢；吸附；纤维缠绕复合材料中图分类号： TK 912 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2021)05-0054-05作者简介：付东升(1980-)，男，博士，高级工程师，研究方向：碳材料及应用收稿日期：2021-02-22氢能具有资源丰富、高热值、无污染、可再生的优点，是理想的新一代清洁能源。
与化石能源相比，氢气燃烧发热量为28700kcal·kg -1，优质煤炭为8000kcal·kg -1，汽油为10630kcal·kg -1，天然气为11930kcal·kg -1。
氢能利用的关键技术在于储存，全世界科学家投入大量的精力，以开发安全经济的储存技术，现有氢气的储存方法有液化储存、压缩储存、金属氢化物储存、吸附储存等。
在作为结构材料的高压压缩氢气储存技术领域，以及作为功能材料的吸附储存技术领域中，碳基材料都发挥着关键的作用，也是过去几十年的研究焦点。
1 功能型碳基储氢材料功能型碳基储氢材料是依据碳基吸附材料可在低温条件下物理吸附储氢，高温下氢气解吸附的原理，进行氢气的储存和利用。
碳基吸附材料的比重轻，对氢气的吸附量大，经济性好，对气体中的杂质不敏感且可以循环使用。
碳纳米材料综述
碳纳米材料综述课程：纳米材料日期：2015 年12 月碳纳米材料综述摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。
物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。
毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。
因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。
其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。
我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。
因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。
关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯1．前言从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
储氢材料与方式
储氢材料的研究概况与发展方向随着社会发展、人口增长，人类对能源的需求将越来越大。
以煤、石油、天然气等为代表的化石能源是当前的主要能源，但化石能源属不可再生资源，储量有限，而且化石能源的大量使用，还造成了越来越严重的环境污染问题。
因此，可持续发展的压力迫使人类去寻找更为清洁的新型能源。
氢能作为一种高能量密度、清洁的绿色新能源，氢能的如何有效利用便引起了人们的广泛研究。
目前来看，氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈。
氢能工业对储氢的要求总的来说是储氢系统要安全、容量大、成本低、使用方便。
美国能源部将储氢系统的目标定为：质量密度为6.5%，体积密度为62kgH2/m3。
瞄准该目标，国内外展开了大量的研究。
本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术，包括金属氢化物、碳质材料、配位氢化物、水合物，分析了它们的优缺点，同时指出其相关发展趋势。
1金属氢化物金属氢化物储氢具有安全可靠、储氢能耗低、储存容量高（单位体积储氢密度高）、制备技术和工艺相对成熟等优点。
此外，金属氢化物储氢还有将氢气纯化、压缩的功能。
因此，金属氢化物储氢是目前应用最为广泛的储氢材料。
储氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。
储氢合金由两部分组成，一部分为吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素（A）,它控制着储氢量的多少，是组成储氢合金的关键元素，主要是I A~ VB族金属，如Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb、Re（稀土元素）；另一部分则为吸氢量小或根本不吸氢的元素（B），它则控制着吸/放氢的可逆性，起调节生成热与分解压力的作用，女口Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Al等。
图1列出了一些金属氢化物的储氢能力。
目前世界上已经研制出多种储氢合金，按储氢合金金属组成元素的数目划分，可分为：二元系、三元系和多元系；按储氢合金材料的主要金属元素区分，可分为：稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体、锆系等；而组成储氢合金的金属可分为吸氢类（用A表示）和不吸氢类（用B表示），据此又可将储氢合金分为：AB5型、AB2 型、AB 型、A2B 型。