碳纳米管储氢材料合成与制备

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1、储氢材料合成与制备-----碳纳米管一、氢能开发与现状二、各类储氢材料特点镁基合金碳基材料钛系合金无机多孔材料稀土系合金金属有机骨架三、以碳纳米管储氢材料为例3.1碳纳米管结构3.2储氢原理3.3几类常见制备方法四、化学气相沉积法4.1形成机理及过程4.2碳纳米管纯化4.3碳纳米管表征4.4碳纳米管吸氢性能测试五、展望一、氢能开发意义与现状能源是国民经济的命脉，是人类赖以生产、生活和生存的基础。在当今世界能源被称为科技发展的三大支柱之一，是人类活动的源泉。但是，随着社会经济的快速发展，工业技术的不断进步，人类最常用的化石能源，如煤、石油、天然气等正以惊人的速度

2、消耗着，而且日益匮乏，据统计现有的石油资源按现在的开采速度在2050年将告耗尽，我们将面临“世界能源危机”同时，由这些化石能源所造成的环境问题诸如酸雨、温室效应也对人类产生了巨大的危害。因此，开发新能源具有重要的现实意义，世界各国纷纷采取切实步骤，保护环境，开发绿色能源对于我国来说，虽然煤炭储量为世界第一，但化石能源的人均占有量低，且分布不均匀，这远远不能满足我国经济高速增长的需要。另外，我国由于生产力水平较低，能源利用不充分，所造成的污染极为严重。在全球十大污染城市中，我国占了半数以上。因而，开发清洁的新能源有着重要的意义。二、各类储氢材料特点总体来说，氢气

3、储存有物理和化学两大类。物理储氢方法：液氢储存、高压氢气储存、活性炭吸附储存、玻璃微球储存、地下岩洞储存等。化学储存方法：金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等等。氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用,而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散,这给储存和运输带来很大困难。当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。金属氢化物类储氢1、镁系合金镁系合金是最早研究和被使用的储氢合金。纯镁氢化物MgH2是惟一可在工业上使用的合金。它的资源丰

4、富、价格便宜、密度低、储氢量大。但缺点是分解温度高达250℃，而且反应速度慢。这就使它的大量使用受到了影响。为了克服MgH2合金的缺点，先后研制出Mg2Ni和Mg2Cu储氢合金。Ni和Cu对镁氢化物的形成起了催化作用，从而使氢化反应速度提高。为了克服Mg2Ni储氢合金的缺点，相继出现了用Al或Ca来置换Mg2Ni中部分Mg的新合金，使得吸氢和释氢的速度提高了许多2、稀土系合金稀土系储氢合金以LaNi5为最典型的代表，是储氢合金中应用性能最好的一种。这种合金具有六方结构(CaCu5型)。它的最大优点是在室温下就可以氢化，吸氢释氢均较容易，且储氢密度高。但是它的缺

5、点是价格太高，吸氢和释氢的速度不够快。为了让稀土系合金得到广泛的使用，开发研究了新的系列合金(多元合金)，主要有LaNi5三元系合金和MnNi三元系合金。(三)钛系合金钛系储氢合金分为Ti-Fe系和Ti-Mn系两类。Ti-Fe系合金储氢量大，价格便宜，但缺点是活化困难，抵抗杂质能力差、容易中毒。可以用其他元素V、Cr、Mn，Co等代替部分铁组成二元合金，活性大为改善。Ti-Mn系合金中，以TiMn1.5二元合金的储氢性能最好，而且在室温条件下即能活化，反应速度快，反复吸释氢的能力强，而且价格便宜，所以是一种很受重视应用的储氢合金物理吸附类物理吸附类材料主要是将

6、氢气通过范德华力可逆地吸附在高比表面积多孔材料上，不发生氢分子解离。这类材料包括：碳基材料(石墨、活性炭、碳纳米管)及其衍生物(如石墨插层化合物KC24、CsC24等)无机多孔材料(如沸石分子筛)金属有机骨架化合物等。这类材料具有储氢方式简单、吸放氢容易等优点。物理吸附类材料尽管储氢量较化学吸附类材料低，但其可通过压力控制而达到较高的瞬时氢脱附量。其作为车载动力储氢材料，拥有化学吸附类材料无法比拟的优势。如果能开发出在常温下具有较高储氢量的物理吸附类材料，将对未来以氢为动力的移动装置产生重要影响。三、以碳纳米管储氢材料为例发现：碳纳米管是日本NEc公司基础研究

7、实验室的电镜专家博士于1991年在电弧蒸发石墨电极制备C60的实验产物中意外发现的。由于它表现出奇异的力学、电学及磁学性质，可望作为结构增强材料、纳米器件，场发射材料、催化剂载体、电磁屏蔽材料、吸渡材料等而在众多领域获得广泛应用。根据构成管壁碳原子的层数不同，碳纳米管(CNT)可分为单壁纳米碳管(SWNT)和多壁纳米碳管(MWNT)。1、碳纳米管结构SWNT是纳米碳管的极限形式，管壁仅由一层碳原子构成，直径通常为1—2nm，长度为几十到100nm。通常由10-100根平行的单管聚集在一起形成管束。研究学者用改进的正己烷催化裂解法制得的SWNT长度可达10-20

8、cm。MWNT是由2—50层同轴碳管组