碳质储氢材料的研究进展

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1、碳质储氢材料的研究进展摘要碳质材料由于具备质量轻、吸氢量大等优良特性，近年来引起了学者们的广泛关注。综述了碳质储氢材料的研究进展，介绍了碳质材料的储氢机理，并就近年来研究的热点探讨了影响碳质材料储氢的各种因素。最后，对碳质储氢材料的发展前景进行了展望。关键词：碳质材料储氢储氢材料进展AbstractCarbonaceousmaterialshavebeenarousingincreasedresearchattentionrecently，duetonumerousadvantagessuchaslowdensityan

2、dhighstoragecapacity．Researchadvancesofcarbonaceousmaterialsforhydrogenstoragearereviewed，andhydrogenstoragemechanismofcarbonaceousmaterialsisintroduced．Moreover，basedonrecentresearchhighlights，influencefactorsonhydrogenstoragecapacityofcarbonaceousmaterialsaredi

3、scusseckEventually，futuredevelopmentofthecarbonmaterialsforhydrogenstorageisprospected．Keywolds：Carbonaceousmaterials,HydrogenStorage,HydrogenStorageMaterials,Progress前言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

4、国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。氢能作为一种可储可输的洁净的可再生能源，从长远上看，它的发展可能对能源结构产生重大改变。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.储氢技术国内外储氢的方法大致可分为物理储氢方法和化学储氢方法两大类。其中

5、物理储氢方法有高压压缩储氢、液化储氢、地下岩洞储氢、活性炭吸附储氢、碳纳米管储氢等；化学储氢方法有金属氧化物储氢、有机液态氢化物储氢、无机物储氢等[1]。本文主要介绍碳质吸附储氢。固体材料储氢因具备安全性高、耗能少等特点而得到了研究人员的广泛青睐。目前研究开发的固体储氢材料主要有金属合金材料、碳质材料、无机多孔材料、复合化学氢化合物材料以及金属有机骨架化合物(MOFs)材料等[2-4]。其中，碳质材料由于具有吸氢量大、质量轻、抗毒化性能强、易脱附等优点，其物理吸附储氢被认为是非常有应用前景的储氢方式。2.碳质吸附储氢碳质

6、吸附储氢是近年来出现的利用吸附理论的物理储氢方法。氢在碳质材料中吸附储存主要分为在活性炭上吸附和在碳纳米材料中的吸附储存。因此，储氢碳材料主要有单壁纳米碳管(SWNT)、多壁纳米碳管(MWNT)、碳纳米纤维(CNF)、碳纳米石墨、高比表面积活性炭、活性炭纤维(ACF)和纳米石墨等。MWNT、CNF和高比表面积活性炭等碳材料的储氢(表1)是目前研究的重点。另外，金属与碳材料联合储氢也受到了极大的重视。表一几种碳质材料储氢性能的比较[5-8]吸附材料吸附温度(K)吸附压力（MPA）吸附容量活性碳654.28.2%石墨烯纳米纤

7、维常温常压较好碳纳米管300常压14%多壁纳米管3000.11.8%总之：各国学者对碳纳米材料的吸附储氢研究都刚刚开始，在不同的条件下，其储氢性能存在较大差异，氢吸附量从1．8％到65％不等。这主要在于他们所采用的物理模型不同，模拟的工况不同，碳纳米管的类型不同，以及纳米管是否开口等。尽管如此，碳质吸附储氢已经显示出了显著的优越性，有望成为未来储氢的有效方法。2.1碳纳米管储氢碳纳米管由于其具有储氢量大、释放氢速度快、可在常温下释氢等优点，被认为是一种有广阔发展前景的储氢材料。碳纳米管可分为单壁碳纳米管(SWNT)和多壁

8、碳纳米管(MWNT)，它们均是由单层或多层的石墨片卷曲而成，具有长径比很高的纳米级中空管。中空管内径为0．7到几十nm，特别是SWNT的内径一般<2nm，而这个尺度是微孔和中孔的分界尺寸，这说明SWNT的中空管具有微孔性质，可以看作是一种微孔材料。其研究重点主要集中在H2在碳纳米管内的吸附性质、氢在碳纳米管中的存在状