储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展
摘要: 氢能作为一种清洁、高效和安全的新能源受到了广泛的研究。如何安全高效的储存氢是氢能利用过程中的关键部分，至今仍面临很大的挑战。因此发展一种高效、经济并且实用的储氢方式对于氢能的发展和实际应用至关重要。但目前现存的储氢技术和材料没有一种能满足工业实用的要求。氢的储存技术有高压气态储存、低温液态储存和固态储存等3种。本文综述了各种储氢方法的研究现状及优缺点，并指出了储氢材料的发展方向。
关键词：储氢 新型储氢材料 氢能
引言
随着石油资源的日渐匮乏和生态环境的不断恶化，氢能被公认为人类未来的理想能源。因为氢能具有以下几大优点:1.氢是自然界中存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的3/4。地球上除了空气中含有少量氢气之外，它主要以化合物的形式存在于水中，而水是地球上最广泛的物质，储水量约为 2.1x1018亿吨。据推算，若把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。2.氢气本身无毒，燃烧时除生成水，不会像矿物燃料那样产生大量烟尘及一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物等对环境有害的污染物质。3.除核燃料外，氢的燃烧值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油燃烧值的3倍，是焦炭燃烧值的4.5倍。4.氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。5.用途广泛，可直接用作发动机燃料、化工原料、燃料电池、结构材料(固态氢)等。用氢代替石油，无需对现有技术装备做重大改造，现有的内燃机稍加改装即可使用。可以预见，未来世界将从以碳为基础的能源经济形态转变为以氢为基础的能源经济形态（简称“氢经济”）［1-2］。
氢能的开发和使用还存在几个大的问题:首先是要解决如何实现大量廉价的生产氢气;其次是实现安全高效的存储氢气;此外是氢能的运输和使用问题，目前氢气的制备技术己经成熟，人类己经可以比较轻易地产生大量的氢气;最关键的部分是氢气的存储问题。美国能源署对储氢材料储氢制定了标准，遗憾的是目前 2 为止还没有哪一种材料能满足这些要求，因此2009年制定最新的储氢标准己经下调到2010年：4.5wt%、28g/L；2015年：5.5wt%、40g/L。
1 储氢技术
氢可以气态、液态和固态3种方式进行储存。氢能源被认为是21世纪的理想能源。氢能完整的工业链包括氢的制备、净化、储存、运输及最终使用诸环节。其中大规模廉价制氢技术的开发及安全可靠的储氢技术是实现未来氢能利用的重要前提条件，也是发展和利用氢能的重要挑战。科学家多年研究的的储氢技术主要有以下几种：
高压储氢：气态压缩高压储氢是最普遍和最直接的储氢方式。这是一种传统的常用方法，氢气经过加压(约15MPa)，储存于约40L钢制圆筒形容器中，通过减压阀的调节就可以直接将氢气释放出。氢气钢瓶只能储存6m3氢气，大约0.5kg氢气，不到装载器质量的2wt%。其缺点是需要厚重的耐压容器，增加运输成本，而且运输和使用过程中的安全隐患也是人们担心和关注的问题。另外，氢气压缩需要消耗很多的氢气压缩功。
液化储氢：这是一种深冷的液氢储存技术。常温、常压下液氢的密度为气态氢的845倍，液氢的质量密度和体积密度较高。但是液化储氢存在下列缺点:一是氢气经过压缩之后，深冷到21K以下使之变为液氢，然后存储到特制的绝热真空容器中，其能耗是已经液化氢气蕴含能量的1/3，这就增加了储氢和用氢的成本;二是液氢储存容器必须使用耐超低温的特殊容器，因为液氢的熔点为12.8K，必须严格绝热。三是液氢储存的氢气当你不用氢气时，液氢不能长期保持。目前仅用于火箭等特殊场合，可见液化储氢是不经济的。
氢气水合物储氢：经研究表明，在足够高的压力下，氢分子可以压缩进用冰做的“笼子”内，氢不像甲烷等分子较大的气体，可以“关押”在“冰笼”里，由于氢分子太小，很容易在“冰笼”里进进出出。不过实验证明，如果压力足够高，氢分子能够成双成对或4个一组地被装进“冰笼”中[3]。为了产生冰的“笼形物”，把氢和水的混合物加压到202.7MPa，开始氢和冰是分离的，且氢在冰的周围形成了气泡；但当温度冷却到-249K时，水和氢气就融合成“笼形物”。一旦“笼形物”形成，就能用液氮作为冷却剂在低压下储存氢。相对于液氢，液氮是便宜且取之不尽的冷却剂，同时液氮对环境也不会造成污染。水合物储氢最明显的缺点是形成和储存氢 3 气水合物的压力和温度条件比较苛刻，273 K 时形成氢气水合物需要的压力为5-200MPa 。如果能够获得比较低压力下制备氢气水合物的技术，用液氮保存氢的笼形物储氢具有良好的发展前景。
金属氢化物储氢：某些金属或合金与氢反应以金属氢化物形式吸氢，生成的金属氢化物加热后释放出氢气，利用这一特性就可有效地储氢。金属氢化物储氢，氢以原子状态储存于合金中。重新释放出来时，经历扩散、相变、化合等过程。这些过程受热效应与速度的制约，不易爆炸，安全性强。金属氢化物的出现为氢的储存、运输及利用开辟了一条新的途径。储氢合金包括稀土系、钛系、镁系、锆系等合金系列，其中理论质量储氢量较高者是锆系 (3.0-3.4wt%)和镁系合金
(3.6-7.6wt%)。但是储氢合金的体积储氢密度较高，但质量储氢密度却很低，通常为1%-3%，而且释放氢时要吸热。
有机液体储氢：有机液体氢化物储氢技术始于20世纪80年代。作为一种新型储氢技术有很多优点:储氢量大，苯和甲苯的理论储氢量分别为7.19wt%和6.18wt%；储氢剂和氢载体的性质与汽油类似，储存、运输、维护保养安全方便，便于利用现有油类储存和运输设施，设备简便;可多次循环使用，寿命可达20年。但是，有机液体储氢氢气分离能耗高，其能耗占所储存氢能的2/3。
非金属材料物理吸附储氢：吸附储氢技术是采用微孔吸附材料(如沸石分子筛、活性碳、碳纳米管等)，在比较低的温度、一定的压力下实现氢气的物理吸附。特点是储氢能量消耗比较低、达到吸放平衡的速率快、可逆性好等特点，没有金属氢化物放氢困难的问题，是一类具有优良应用前景的新型储氢材料。沸石因价格低廉，性能稳定，能可逆的吸放H2，而作为一种可能的储氢材料曾引起了众多的关注。[4-5]沸石的氢气吸附量和分子骨架结构类型，孔径大小有很大关系。但是大多数沸石结构的孔径都偏小，自由体积有限，所以吸附的氢气量有限，储氢量偏低，并且沸石的结构很复杂，其中的吸附机理也尚不明确。活性碳储氢的特点是吸附快，循环使用寿命长，来源广泛，价格低廉，抗腐蚀性能佳，结构稳定性高。Kidanay最早报道了活性碳吸附H2[6]。在20世纪80年代末和90年代初，活性碳储氢的研究非常活跃[7-9]。但是各种研究表明，活性碳只能在低温下达到较好的储氢性能，高温下的H2吸附量很低。 4 2 纳米储氢材料的研究现状
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。自从纳米技术的兴起，储氢材料的纳米化就为新兴的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路。下面我就介绍最新两种纳米储氢材料。
2.1 添加纳米碳管提高镁基储氢材料的储氢性能
纳米碳管(CNTs)作为一种新型材料，由于其特殊的分子结构，引起了许多领域专家的关注，特别是开展了大量有关储氢方面的研究。对碳系列储氢材料的研究是20世纪90年代兴起的一个热门课题，纳米碳管具有以下两个优点：（1）储氢量大，一般可达到10wt%，有的甚至可达到60wt%以上[10]。然而各种不同的制备碳纳米管的方法也使得碳纳米的质量千差万别，有关其储氢量（0.05%-67%）报道的数据也相当分散，但其储氢量高于储氢合金却是不争的事实；（2）质量相对较轻，便于携带。纳米尺寸的碳管和碳纤维具有优异的储氢性能，已被国际能源协会列为重点发展项目[11]。但它的储氢机理尚不明确。另外，在本文前面已经提到镁基储氢材料有很好的储氢性能。目前碳系纳米储氢材料和镁基纳米储氢材料目前都得到了较大的发展，然而它们在储氢性能上也各有优缺点，如果将其扬长避短，将碳系和镁基两种纳米储氢材料结合起来制备出一种新的复合纳米储氢材料，将得到一种更为理想的储氢材料。同时又由于纳米碳管具有良好的导热性和热稳定性和优异的吸氢性能，是一种很好的镁基储氢材料添加剂。清华大学的于振兴等[12]人用机械合金化方法，以氢气作为保护气氛(0.5MPa)，通过添加碳纳米管，制备出含有碳纳米管的镁基储氢材料(Mg-3Ni-2MnO2 -0.25CNTs)，其储氢容量达到7.0%，吸氢过程在100s 以内完成，在0.1MPa 下放氢过程可在600s
完成，放氢平台温度在280℃。他们还发现添加碳纳米管，镁基储氢材料在机械球磨过程中，可以提高其球磨效率，颗粒更加细化均匀。从以上可知，在镁基储 5 氢材料添加纳米碳管，可以有效地提高其储氢材料性能，同时也给研究者们提供了新的研究思路。
2.2 笼形硅氧烷储氢
笼形硅氧烷分子是一种包含有机-无机杂化结构的纳米材料，具有良好的耐热性，较低的表面能，良好相容性，高度反应性等优良性能[13-14]。由碳基和过渡金属原子构成的有机金属复合材料材料, 它们有着良好的氢吸附性质, (一)吸附方式介于物理吸附和化学吸附之间， (二)在常温条件下可以快速的发生吸附和解吸附过程, (三)质量比较轻， 利于提高材料的氢吸收率, 因此该类材料已成为许多领域研究的重点[15-17]。刘振强等人[18]研究了嫁接结构TiCmHm-1H3Si4O6
(m=5,6)的氢吸附性质, 它们是由钛掺杂的有机金属复合物TiCmHm-1(m=5,6)嫁接到笼形硅氧烷分子(H4Si4O6)上构成的有机金属复合物, 通过对被吸附氢分子和该有机金属复合物之间的相互作用以及电子结构的研究, 发现这种新型材料有很好的储氢性能, 这些研究结果对设计新型的氢储存材料有着一定的指导意义。
3 展望
储氢技术是氢能利用走向实用化、规模化的关键，而储氢材料则是储氢技术发展的基础。根据技术发展趋势，今后储氢研究的重点仍然在于发现和开发新型高性能储氢材料上，将纳米技术应用于储氢材料中，可以使储氢材料的储氢性能得到了很大的提高，但纳米储氢材料的应用还需要广大科技工作者的不断努力。虽然现在已开发出来不少储氢材料，但是还没有一种能够满足实际储氢应用的要求。各种材料都存在着不足，需要进一步改性以提高储氢性能。在我看来，今后储氢研究的重点仍然在于发现和开发新型高性能储氢材料上，而制备纳米复合储氢材料将是未来储氢材料发展的一大趋势。
参考文献：
[1] 孙大林,等.新型储氢材料研究的最新动态［J］.材料导报,2004,18（5）:72-75
[2] 周理,碳基材料吸附储氢原理及规模化应用前景［J］.材料导报,2000,18（5）:3-5
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储氢材料研究进展
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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 Ⅲ A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。下面将简要介绍目前研究比较成熟的储氢材料。
石墨烯作为载体的新型储氢材料的研究与应用
石墨烯作为载体的新型储氢材料的研究与应用
随着能源危机的日益加剧，储氢技术作为一种清洁、高效、可再生的能源储存方式获得了越来越多的重视和研究。储氢材料作为储氢技术的核心，其储氢性能的优异与否直接关系到储氢技术的应用前景。而石墨烯作为一种新型的碳材料因其独特的物理性质和优异的电化学性能，被广泛研究用于储氢材料中，以期开创储氢材料的新局面。
一、石墨烯及其物理性质
石墨烯是一种由碳原子通过共价键形成六角形排列的单层结构，形成的二维纳米材料。由于石墨烯的高比表面积、高导电性、高机械强度、优良的热导率和热稳定性等特殊物理性质，使其成为一种研究热点。
二、石墨烯作为储氢材料
储氢材料的基本要求是：1.高的储/释氢量，越高越好；2.快速的储/释氢速率；3.稳定的循环性能；4.低成本；5.易于制备和加工。石墨烯因其高比表面积、优异的导电性和强的化学稳定性，被认为是一种具有良好储氢性能的材料。
在石墨烯的储氢机理中，石墨烯表面与氢气反应，形成Si-H键，从而实现氢的储存，同时通过物理或化学方式，控制石墨烯表面的活性或孔径、空位、缺陷等，进一步提高其储氢性能。
目前，石墨烯储氢材料研究主要集中在以下几个方面：
1.石墨烯复合储氢材料
将石墨烯与其他材料复合，如金属、金属氧化物、碳纤维等，可以形成复合储氢材料，从而提高储氢性能。 2.石墨烯修饰储氢材料
通过表面修饰或功能化改性，可以增加石墨烯表面的活性和孔径，提高其储氢性能。如对石墨烯表面进行氧化或硝化处理等。
3.石墨烯纳米孔储氢材料
将石墨烯纳米孔用于储氢材料，可以通过调控孔径和形态等因素，实现高储氢容量和快速储放氢。
4.石墨烯复合负载催化剂
将石墨烯复合负载催化剂，如Pt、Ni、Pd等金属，可以实现高效催化，加快储/放氢速率。
三、石墨烯储氢材料的应用前景
石墨烯储氢材料的研究和应用前景广阔。在新能源汽车、大规模能源存储和移动能源等领域，石墨烯储氢材料的应用将得到广泛推广和应用。同时，随着制备技术的不断提高，石墨烯储氢材料的性能将会进一步提高和优化，成为储氢材料新的研究热点。
镁基固态储氢材料的研究进展
镁基固态储氢材料的研究进展
梁宸曦;王振斌;张明锦;马存花;梁宁
【期刊名称】《储能科学与技术》
【年(卷),期】2024(13)3
【摘 要】氢能有望成为脱碳时代的“理想燃料”。高性能储氢材料的发现、开发和改性是未来发展固态储氢和氢能源利用的关键。而氢化镁(MgH2)具有储氢能力强、自然储量丰富、环境友好等特点,在固态储氢材料领域备受关注。但是氢化镁较高的热力学稳定性、缓慢的动力学性能,以及循环过程中不可避免的团聚和粗化等问题在一定程度上限制了镁基固态储氢材料的大规模投产和实际应用。近年来,大量研究工作聚焦于镁基储氢材料的热/动力学改性,目前已经取得了大量的成果。本文通过回顾国内外相关文献,综述了改善镁基固态储氢材料储氢性能的最新研究进展,着重介绍了合金化、纳米化、引入催化剂等改性策略,阐述了不同策略具体的改性机理。最后对未来的发展方向进行了展望,旨在为高性能镁基储氢材料的研发提供借鉴与指导。
【总页数】37页(P788-824)
【作 者】梁宸曦;王振斌;张明锦;马存花;梁宁
【作者单位】青海师范大学化学化工学院;青海省人民政府-北京师范大学高原科学与可持续发展研究院;河南省地质矿产勘查开发局第三地质勘查院;河南省金属矿产深孔钻探工程技术研究中心
【正文语种】中 文 【中图分类】TK91
【相关文献】
1.催化剂对镁基储氢材料储氢性能影响的研究进展2.二硫化钼助磨的镁基储氢材料相结构及储氢性能3.镁基合金与碳纳米纤维复合储氢材料的制备与性能研究(Ⅰ)——以化学镀Ni碳纳米纤维为前驱物热扩散法合成Mg_2Ni-CNFs复合储氢材料4.镁基储氢材料水解制氢研究进展5.镁基固态储氢材料研究进展
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我国吸附储氢材料研究取得进展
２０ 天然气化工 ２０１０年第３５卷 剂活性中心的接触面积。从上述的ＸＰＳ结果可知， 在Ｌａ添加的Ｎｉ及整体式催化剂，反应物甲烷的Ｃ— Ｈ键更容易发生极化，从而活化甲烷，这也是Ｌａ改 性的Ｎｉ整体式催化剂上甲烷重整性能提高的主要 原因。而过量Ｉａ氧化物的添加使得催化剂表面的 Ｎｉ元素浓度降低，这点可以从催化剂的ＸＰｓ结果 看出，在催化剂表面，过多的Ｌａ元素覆盖了Ｎｉ原 子，这使得反应物不能充分与活性中心相接触，从 而降低了催化剂的催化性能。 ３结论 以堇青石为基体制备的不同 Ｏ，助剂含量的 Ｎｉ基整体式催化剂，催化剂表征结果表明Ｌａ２Ｏ，助 剂的添加促进了Ｎｉ物种在催化剂表面的分散性 能，同时降低了ＮｉＯ物种与载体之间的相互作用， 从而增加了ＮｉＯ物种的还原度。此外，Ｌａ Ｏ，的添加 改变了Ｎｉ物种周围的化学环境，这是催化剂的催 化性能得到改变的主要原因。催化活性结测试果表 明，Ｎｉ基整体式催化剂具有较好的甲烷水蒸气催化 重整性能。１０％Ｎｉ／３％Ｌａ２ＯＪＳｉ．ＡＩ／Ｄ整体式催化剂具 有最佳的甲烷水蒸气催化重整性能，在８００￣Ｃ的反 应温度下，甲烷转化率和ＣＯ的选择性分别为 ９８－３％和８２．５％。进一步增加ＩＪａ２Ｏ３助剂的含量，整 体式催化剂的催化性能有所下降。 参考文献 ［１】Ｐｏｍｐｅｏ Ｆ，Ｎｉｃｈｉｏ Ｎ Ｎ，Ｓｏｕｚａ Ｍ Ｍ Ｖ Ｍ，ｅｔ ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｎｉ ａｎｄ Ｐｔ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｏｎ ・ＡＩ２０３ ａｎｄ ＺｒＯ２ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｍｅｔｈａｎｅ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｃ０２【Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｃａｔａｌ Ａ，２００７，３１６ （２）：１７５－１８３． ［２】 叶季蕾，段华超，刘鹏翔，等．【丑掺杂的Ｎｉ －ａｌ＿．０３用于 甲烷部分氧化反应机理田．天然气化工（Ｃ１化学与化 －ｒ），２００６，３１（２）：３４—３８． 【３】Ｌｉ Ｘ Ｃ，Ｗｕ Ｍ，Ｌａｉ Ｚ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｎｉｃｋｅｌ・ｂａｓｅｄ ｅａｔ－ ａｌｙｓｔｓ ｆｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｈａｌｌ￣ 【Ｊ］． Ａｐｐｌ Ｃａ叫Ａ，２００５，２９０：８１—８６． ［４］Ｄｉｓｋｉｎ Ａ Ｍ，Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍ Ｒ Ｈ＇Ｏｒｍｅｒｏｄ Ｒ Ｍ．Ｔｈｅ ｏｘｉｄａ－ ｆｉｖｅ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ｏｖｅｒ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｎｉｃｋｅｌ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ［Ｊ］．Ｃａｔａｌ Ｔｏｄａｙ，１９９８，４６：１４７・１５４． ［５】 刘迎新，陈吉祥，张继炎，等．氧化镧助剂对镍／－－氧化硅 催化剂结构和加氢性能的影响【Ｊ］．化工学报，２００５，５６（１１） ２ｌ】４．２ｌ１８． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｎｉ－ｂａｓｅｄ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ Ｌａ ｆｏｒ ｓｔｅａｍ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ ＷＡＮＧＤａｏｗｅｎ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎｕｔｒｉｅｈｅｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｎｏｖｅｌ Ｎｉ．ｂａｓｅｄ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｗｉｔｈ Ｌａ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ａｎｄ ｔｅｓｔｅｄ ｆｏｒ ｓｔｅａｍ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅ出ａｎｅ． Ｔｈｅ ｍｏｎｏｌｉｔｌ１ｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔ ｅｘｈｉｂｉｔｅｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｆｏｒ ｓｔｅａｍ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ．Ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａ ｃｏｕｌｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ １０％Ｎｉ／３％Ｌａ２０ ｉ一肿ｃａｔａｌｙｓｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ．，ｒｈｅ ＸＲＤ ａｎｄ Ｈ，－１１ＰＲ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ－ ｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ＮｉＯ．ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ＮｉＯ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ． Ｔｈｅ ＸＰＳ ｒｅＳｕｌｔ ｉｎｄｉｅａｔｅｄ出ａ￡ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａ ｃｈａｎｇｅｄ ｔｌ１ｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｎｉ ａｔｏｍ．ｗｈｉｃｈ ｌｅｄ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｔａｌｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔ｝Ｉｅ ｍｏｎｏｌｉｔＩｌｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｆｏｒ ｓｔｅａｍ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔ；ｍｅｔｈａｎｅ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ；Ｎｉ；Ｌａ；ＸＰＳ ・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…－●…・●…・●…－●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…－●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●“ 我国吸附储氢材料研究取得进展 氢气的存储是氢能利用走向实用化和规模化的主要瓶 颈之一。大连化物所经过多年努力，近日宣布在物理吸附储 氢材料研究方面取得新进展。该所研究人员使用锂离子掺杂 技术，提高了微孔共轭聚合物对氢气的吸附焙，从而提高材 料的储氢量。他们发现锂离子在共轭体系上对氢气有增强的 吸附作用，可以使氢分子更牢固地吸附在微孔材料中。通过 实验，科研人员制备出较大比表面积的三维微孔共轭聚合物 （ＣＭＰ）作为吸附载体，使储氢比高达６．１％，刷新了同等条件 下物理吸附储氢的纪录，远远高于碳纳米材料和金框架化合
氢储存技术的研究进展及展望
氢储存技术的研究进展及展望
近年来，氢能作为一种清洁能源备受关注。然而，由于氢气本身具有极低的密度和高的易燃性，氢储存一直是限制其广泛应用的主要难题。因此，人们对氢储存技术的研究一直没有停止。本文将就氢储存技术的研究进展及未来展望进行探讨。
一、氢储存技术的发展现状
目前，氢储存技术主要包括物理吸附、化学吸附、氢化物储氢和液态氢储存四种类型。
（一）物理吸附
物理吸附是利用固体吸附氢气的方式来实现储氢的，它的主要载体是活性炭、金属有机骨架材料、多孔氧化物等。相较于其他类型的储氢技术，物理吸附具有更高的储氢密度和更好的安全性能。
（二）化学吸附
化学吸附是通过吸附剂和氢气反应来实现氢气的储存的一种方法。化学吸附常用的物质为金属有机骨架材料、氧化物和金属化合物等。与物理吸附不同，化学吸附不需要高压气体来储存氢气，因此它在一定程度上降低了储氢系统的压力。
（三）氢化物储氢
氢化物储氢是利用氢化物储存氢气的方法。氢化物可以分为金属氢化物和非金属氢化物两种类别。其中，金属氢化物的储氢密度更高，但是其氢化反应是可逆的，使得循环溢出成为了储氢过程的复杂部分。
（四）液态氢储存 液态氢储存是利用液态氢作为储存介质的技术。由于液态氢密度高，因此它的储氢效率也更高。不过，液态氢需要在极低温下储存，因此储氢设施需要复杂的加热和冷却系统。
二、氢储存技术的未来展望
（一）发展方向
当前，氢储存技术的研究方向主要有以下两个方面：
1、利用电化学、热解和表面改性等技术，改善储氢材料的吸附、储存和释放能力，提高储氢密度和储氢效率；
2、开发新的氢储存技术，以达到更高的储氢密度和更佳的安全性。
（二）瓶颈问题
目前，氢储存技术还存在一些瓶颈问题，主要包括以下几个方面：
1、材料成本高：氢储存材料的研发需要投资大量资金，因此材料的成本很高；
2、材料的稳定性：很多材料对氧和水蒸气敏感，因此在使用过程中需要特殊的处理；
3、储氢密度：目前氢储存材料的储氢密度还远远低于理论值，需要继续加大研究和改进力度；
镁基储氢材料研究进展
技术与工艺
镁基储氢材料研究进展
储氢材料是基于氢能的利
用和环境保护的要求在最近二 一十年发展起来的，随着无污
染、零排放、燃烧效率高的燃料 电池在研制、开发和商品化方面
取得的巨大突破，以及氢能汽车
的发展，开发安全、重量轻、结构 紧凑的氢气存储材料迫在眉睫。
镁基储氢材料由于储氢量高，资
源丰富、成本低廉，被公认为最 有前景的材料之一。大力开发镁
基储氢合金．促进清洁能源技术
发展。 １．国内外研究现状 镁基合金属于中温型储氢
合金，吸、放氢动力学性能差，但
由于其储氢量大、重量轻、资源 丰富、价格便宜．被认为是最有
前途的储氢合金材料，吸引了众
多的科学家致力于开发新型镁 基合金。目前的研究重点主要包
括：（１）元素取代：通过元素取代
来降低其分解温度，并同时保持 较高的吸氢量；（２）与其它合金
组成复配体系，以改善其吸放氢
动力学和热力学性质；（３）表面
处理：采用有机溶剂，酸或碱来
处理合金表面，使之具有高的催 化活性及抗腐蚀性，加快吸、放
氢速度；（４）新的合成方法：探索
传统冶金法以外的新合成方法。 张文毓
（５）提高在碱液中的耐蚀性。 （１）国外镁基储氢材料研究
现状 最早开始研究镁基储氢合金
的是美国布鲁克一海文国家实验 室。Ｒｅｉｌｌｙ和Ｗｉｓｗａｌｌ首先用熔炼
的方法获得了Ｍｇ２Ｎｉ合金，在
２Ｍｐａ，３００￣Ｃ下Ｍｇ Ｎｉ能与氢反应
生成Ｍｇ２ＮｉＨ４，从此揭开了大规
模研究镁基储氢材料的序幕。 从镁基储氢合金开始研究至
今，据不完全统计，已经研究的镁
基储氢合金的种类已超过１０００ 种。镁基储氢合金的典型代表是
镁一镍系和镁一铝系，很多研究工
作都是围绕这两大系列展开的。 其中比较有代表性的是Ｏｒｉｍｏ
等．他们在氢气氛下对镁基合金
Ｍｇ Ｎｉ进行球磨制粉，使氢气在
球磨过程中与Ｍｇ Ｎｉ合金进行反 应，球磨结束时合金中储氢量达
到１．６％。Ｓｏｎｇ等采用机械球磨、 熔炼和烧结的方法制备了合金样
镁基固态储氢 案例
镁基固态储氢 案例
镁基固态储氢是一种新型的氢能源储存技术，具有高储氢密度、安全可靠、循环性能好等优点。下面将介绍一些关于镁基固态储氢的案例。
1. 镁基固态储氢技术的原理和优势
镁基固态储氢技术利用镁与氢反应生成氢化镁，从而实现氢能源的储存和释放。与传统氢能源储存技术相比，镁基固态储氢具有储氢密度高、循环性能好、安全可靠等优势。
2. 镁基固态储氢材料的研究进展
近年来，研究人员对镁基固态储氢材料进行了广泛研究。通过改变材料的微观结构和添加催化剂等手段，提高了材料的储氢性能和循环稳定性。
3. 镁基固态储氢技术在汽车领域的应用
镁基固态储氢技术在汽车领域具有广阔的应用前景。相较于传统的氢燃料电池汽车，镁基固态储氢技术可以提供更高的储氢密度和更长的续航里程，同时还具有更高的安全性。
4. 镁基固态储氢技术在能源存储领域的应用
除了汽车领域，镁基固态储氢技术还可以应用于能源存储领域。通过将储氢材料与太阳能或风能等新能源相结合，可以实现能源的高效储存和利用。
5. 镁基固态储氢技术的发展前景和挑战
镁基固态储氢技术在可持续发展和能源转型方面具有重要意义，但目前仍面临着储氢速率、循环稳定性等方面的挑战。未来的研究方向将集中在材料设计和工艺改进上。
6. 镁基固态储氢技术的国际研究动态
国际上许多研究机构和企业都在进行镁基固态储氢技术的研究。美国、日本等国家在该领域取得了一定的研究成果，并已开始进行实际应用。
7. 镁基固态储氢技术的市场前景分析
随着氢能源的不断发展和应用，镁基固态储氢技术在市场上有着广阔的前景。预计在未来几年内，该技术将逐渐商业化，并在能源储存领域发挥重要作用。
8. 镁基固态储氢技术的环境效益和可持续性
镁基固态储氢技术作为一种清洁能源储存技术，具有较低的碳排放和环境污染。通过推广应用该技术，可以有效促进能源的可持续发展。
9. 镁基固态储氢技术的实验验证和工程应用
研究人员通过实验室实验和工程应用验证了镁基固态储氢技术的可行性和可靠性。这些验证结果为该技术的进一步推广和应用提供了重要的支持。
液态有机储氢技术研究现状与展望
化工进展
Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 4 期
液态有机储氢技术研究现状与展望
刘若璐1，汤海波1，何翡翡2，罗凤盈1，王金鸽2，杨娜2，李洪伟2，张锐明1，2，3
（1 先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心（佛山仙湖实验室），广东 佛山 528200；2 广东瀚锐氢能
科技有限公司，广东 佛山 528200；3 广东省武理工氢能产业技术研究院，广东 佛山 528200）
摘要：随着构建绿色氢能社会愿景的提出，氢能的需求量将会大规模增长，氢能的储运就成为了制约产业规模化
发展的瓶颈。液态有机储氢技术在氢能大规模储存和长距离运输上具有成本低、安全性高等传统高压储氢无法比
拟的优势，由于这项技术目前仍处于发展初期，国内相关的报道较少。本文综述了芳香烃类和氮杂环芳香烃类等
主要的液态有机储氢材料，并对其储氢性能、优势、存在问题及发展现状展开了分析；阐述了液态有机储氢技术
中加氢和脱氢过程所涉及的各种金属催化剂的性能。基于目前的研究，对液态有机储氢技术在未来氢能规模化应
用方面的发展前景进行了展望，同时指出液态有机储氢技术在诸多氢能应用领域的可行性及其极高的经济价值。
但是若要实现大规模应用，则需选择更优的有机储氢材料，开发高选择性、高催化活性及低成本的新型催化剂，
进一步优化加氢和脱氢技术。
关键词：液态有机储氢；储氢材料；芳香烃类；氮杂环芳香烃类；催化剂；加氢；脱氢；氢
中图分类号：TK91 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）04-1731-11
Recent research and prospect of liquid organic hydrogen
carries technology
LIU Ruolu1，TANG Haibo1，HE Feifei2，LUO Fengying1，WANG Jinge2，YANG Na2，
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。
高容量储氢材料的研究进展
自然杂志 第３３卷第１期 专题综述
高容量储氢材料的研究进展＊
刘永锋① 李 超② 高明霞③ 潘洪革④
①副研究员，②硕士研究生，③副教授，④研究员，浙江大学硅材料国家重点实验室和材料系，杭州３１００２７
＊国家高技术研究发展计划（２００９ＡＡ０５Ｚ１０６）；国家重点基础研究发展计划（２０１０ＣＢ６３１３０４）
关键词 储氢材料储氢标准储氢机理轻金属氢化物
安全、高效、经济的氢储存技术是氢能大规模应用的关键。相对于高压气态储氢和低温液化储氢。通过氢与材料
间的相互作用形成固溶体或氢化物的固态氢储存由于其好的安全性和高的能量密度，被认为是最有发展前景的一种
氢储存技术。为了满足车载氢源系统重量储氢密度大于５％的要求，目前发展中的高容量储氢材料主要包括金属铝
氢化物、硼氢化物、氮氢化物和氨基硼烷化合物。作者简要综述了最近几年这些高容量储氢材料的研究进展。重点关
注材料的储氢容量、吸放氢反应热力学、吸放氢反应动力学和吸放氢机理以及成分调变、催化改性和尺寸效应对材料
储氢性能的影响。
１引 言
近年来，随着社会经济的快速发展，人类对能源的
需求不断增加，导致化石燃料等不可再生能源日渐枯
竭，能源危机日益严重。另一方面，化石燃料的大量使
用也加剧了环境污染，严重威胁人类的生存环境。因
此，为了实现人类社会的可持续发展，研究开发各种新
型绿色可再生能源已经成为大家的共识，特别是在低碳 和零碳经济发展的今天ｌ１ 。
氢由于其储量丰富、燃烧效率高、无污染，被誉为２１
世纪的绿色能源载体 ２。然而，氢能的开发利用是一个
有机的系统工程，主要涉及到氢的制备、储存、输运以及
应用四大关键技术＿＿３］。氢大量存在于石油、天然气、煤
炭等化石燃料以及水中。目前氢气的制备主要通过化 石燃料重整、电解水和工业副产氢等技术获得，未来太
阳能制氢和生物质制氢等利用清洁可再生能源制氢技
术将成为主流，特别是氢和水之间循环利用的实现，将 成为氢取之不尽、用之不竭的来源［ 。此外，氢可以广