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1、碳纳米管储氢性能的研究学院：材料学院班级：1109102学号：1110910209姓名：袁皓摘要：综述了近年来研究人员在碳纳米管制备以及在各种不同条件下获得的储氢性能,分析了碳纳米管的储氢机理。从实验、理论研究两个方面总结了前人在碳纳米管储氢上的研究成果,并对碳纳米管储氢吸附方式,吸附量影响因素等方面做出分析。最后指出为实现碳纳米管储氢大规模应用仍需做的一些基础性研究工作。关键词：碳纳米管;吸附;储氢氢能以其资源丰富、可再生、热效率高等优点备受关注。氢能的使用包括氢的生产、储存和运输等方面，开发氢能的关键问题是如何对氢进行储存。储氢的主要方法有：金属存储、
2、压缩存储、液化存储和吸附存储等，它们各有优缺点。碳纳米管因其特殊的力学、电学等性质而成为储氢的主要载体。Kroto等发现了C60以后，Iijima意外地发现碳纳米管。由于碳纳米管具有优良的电学、力学性质，世界各国迅速展开了对碳纳米管的制备方法、结构与性能的研究。Dillon等报道了碳纳米管储氢作用，相关报道也比较多。 因为碳纳米管具有比较大的比表面积，且具有大量的微孔，其储氢量远远大于传统材料的储氢量，因此被认为是良好的存储材料。一碳纳米管的结构和性质碳纳米管(CarbonNanotubes,CNTs)首次是在1991年由日本的电子显微镜专家Iijima分
3、析电弧放电产生的阴极沉积物时意外发现的,可以被看成是由石墨面卷曲而成的无逢管状结构,后发现可以通过化学处理使两端开口。根据组成碳纳米管管壁中碳原子层数目,碳纳米管可被分为单壁碳纳米管(Single-WalledCarbonNanotubes,SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-WalledCarbonNanotubes,MWNTs)。结构模型如图：单壁碳纳米管仅由一层碳原子构成,是多壁碳纳管的一种特殊情况。单壁碳纳米管直径一般在1-3nm,最小直径大约为0.5nm,当直径大于3nm时会表现出不稳定性。单壁碳纳米管通常因范德华力作用而形成10-100管束
4、状。多壁碳纳米管可以看成为不同管径的单壁碳纳米管套装而成,少则2层多达几十层,层距约为0.343nm,略大于石墨片层之间的距离0.335nm。碳纳米管直径在几纳米到几十纳米之间,而长度可达数微米,具有较大的长径比。因此,人们认为碳纳米管是一种典型的准一维纳米材料,并且因其重量轻,六边形完美结构而表现出许多异常的力学、电磁学、化学特性,并在不同领域里得到广泛的应用。其中碳纳米管在吸附氢气上表现出的独特性质,使其最有希望成为高效的储氢材料。二碳纳米管的制备目前已有很多种制备碳纳米管的方法,其中电弧放电法和催化裂解法应用得最为广泛。1991年Iijima首先用真
5、空电弧蒸发石墨电极,在阴极沉积物中发现了碳纳米管。该方法是:在一定气压的惰性气氛下,石墨电极之间在强电流下产生电弧,阴极逐渐损耗,部分气态碳离子沉积于阴极形成沉积物。电弧放电法的产物质量较好,管径均匀,管身较直,石墨化程度高,但因其产量很低,仅局限在实验室中应用,不适于大批量连续生产。催化裂解法是在常压下的气流炉中进行的。催化剂为纳米Fe、Co、Ni或其合金粉,裂解气体可以为乙炔、苯、甲烷等,载气为氮气或氢气组成,在500e到1100e的温度范围内反应数小时后冷至室温。催化裂解法产量较高,但同前者相比,制备出的碳纳米管质量较差,管身虽长,但卷曲不直,管径不
6、均匀,石墨化程度较低,缺陷也多一些。催化裂解法制备碳管还是得到人们的青睐,因为此法制的碳管易提纯,且可通过催化剂颗粒的大小控制碳管的大小,尽管其晶化程度不如通过石墨电弧法制得的好。其他制备方法还有激光蒸发法、聚合物法、太阳能法、电解法、固体低温裂解、原位催化法、溶盐法、微波等离子体加强CVD、固相合成等。三碳纳米管储氢性能的研究Dillon等于1997年发现,采用钴与石墨共蒸发电弧法制备的烟炱中含有SWNTs,并使用程序升温脱附法(TemperatureProgrammedDesorption)检测了材料的储氢性能,样品重量为1mg,试验结果表明SWNTs
7、的储氢量为0.01%,同时用图像合成法(Graphicalintegrationmethods)测得试样中SWNTs含量为0.1%~0.2%,因此估算出SWNT的储氢量为5%~10%。Chen等采用CH4催化裂解制得CNT,将CNT与含Li或K的化合物,如碳酸盐或硝酸盐通过固相反应而制得Li掺杂的CNT或K掺杂的CNT。试验测得Li掺杂的CNT在653K常压下储氢量为达20%,K掺杂的CNT在室温室压下储氢量可达14%。作者采用原位傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析表明Li/K掺杂的CNT的吸氢实质是碳的分解氢化作用,分析表明Li/K可能是氢气分解吸附的催
8、化活性中心,而且Li/K的存在可以大大降低H2的离解能,从而得到较
