碳纳米管储氢性能的研究现状

《碳纳米管储氢性能的研究现状》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、碳纳米管储氢性能的研究现状碳纳米管储氢性能的研究现状摘要：氢能以具资源丰富町再生热效率高等优点备受关注氢能的使川包括氢的生产储存和运输等方血开发氧能的关键问题是如何对氢进行储存。木文即対碳纳米管的储氧吸附机制及碳纳米管的制备技术进行了简单的介绍，并对碳纳米管的储红性能进行了初步地探讨。关键字：碳纳米管储氢机制性能“氢”作为世界上极为半富的能源z—,具有无污染旦可再生性，同时兼具高的能量密度，很早便被人们认为是替代石化能源的一种理想二次能源Z—而受到垂视。自从1991年11月，口本NEC公司的电镜专家Iijima首先发现了碳纳米管以來，碳纳米管即以其特殊结构和其潜在

2、的工业应用价值，被誉为“超级材料”，引起了研究者广泛的关注，并迅速成为化学、物理、材料等科学领域的研究热点。1997年，美国可再生能源国家实验室的Hebben等人首次报道了碳纳米管储氮的研究结果，设定研究目标的储氮材料，从而在世界范围内引起了广泛关注⑵。［1］1、碳纳米管的储氢吸附机制及其制备技术1.1、碳纳米管储氢吸附机制尽管碳纳米管储氢研究的结果存在较人的差异，但学者们通常都认为碳纳米管储氢是吸附作川的结果。然而，对CNT储氢行为的本质究竟是化学吸附还是物理吸附，还是两种吸附共存，人家还存在争议［3,4］。一种观点认为，CNT储氢过程小只发生物理吸附，氢分子与

3、碳分子间仅以范德华力产生相互作用，物理吸附具有吸附作用比较小，吸附热较低，可以产生多层吸附等特点，在模拟计算时通常采用MonteCarlo方法得到储氢吸附等温线，來分析材料的储氢特性［5］。另-•种观点则从化学反应的角度研究CNT的储氢过程，考虑吸附过程屮分子的电子态改变和量子效应，并考察CNT的结构因素对发牛化学吸附的影响。化学吸附具冇吸附作用强，吸附热大，一般只能产生单层吸附，同时吸附和解析的速度较慢等特点，在模拟时通常运用密度泛函理论［6,7］和分子轨道理论计算氢在CNT中的平衡分布。1.2、碳纳米管的制备技术冃前已有很多种制备碳纳米管的方法，其中电弧放电法

4、和催化裂解法应用得最为广泛。1991年Iijima首先用真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F,石墨电极之间在强电流卜•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［8］的产物质量较好，管径均匀，管身较肓，石墨化程度高，但因具产量很低，仅局限在实验室屮应川，不适于人批量连续生产。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，裂解气体可以为乙烘、苯、甲烷等，载气为氮气或氢气组成，在500oC到llOOoC的温度范围内反应数小时后冷至室温。催化裂解法[9]产量较高，

5、但同前者和比，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，冃对通过催化剂颗粒的人小控制碳管的人小，尽管其晶化程度不如通过石墨电弧法制得的好。其他制备方法述有激光蒸发法、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[10]成等。[1]2、碳纳米管储轼性能的研究2.1、单壁碳纳米管储轼性能的研究美国国家可再生能源实验室Dillon等采用程序控温脱附仪在实验中发现单壁碳纳米管在130K、133.332X300Pa条件

6、下，储氢量为质量分数为5%-10%。Poirier等在空气中和低温条件下对单壁碳纳米管的储红性能进行了测试，通过单壁碳纳米管和活性炭相关性能的比较，结果表明：一些钛口由基单壁碳纳米管在任何温度下都比人表面积的活性炭的储氢能力高得多。在特定的实验条件下单壁碳纳米管的吸氢能力比表而积人的活性炭高。Sudan等对单壁碳纳米管中氢的相互作用进行了分析，在他们的实验中解析谱由热脱附谱测定，主要的逆脱附在77-320K的范围内。人约在90K时，峰值的活化能假定为第一序列脱附，这对应着单•壁碳纳米管的表而物理吸附，在同样的石眾样本和多壁碳纳米管中也发现了这样的脱附峰，在氢的解析

7、谱中还出现了一些另外的小台阶，但是其仅仅限于单壁碳纳米管。纳米的金属颗粒用在单壁碳纳米管的形成中对其物理吸附不起任何作用，在实验中也发现单-壁碳纳米管的最大储卷主要取决于试样的特殊表而积。加州理工学院的Ye等采用将单壁碳纳米管纯化，在不同的条件下研究了单壁碳纳米管储卷量与表而积之间的联系，发现在80K,12MPa时，碳纳米竹的储氢量质量分数达到了8%oLuxembourg等在实验中,单壁碳纳米管在253K^6MPa的条件下,最大吸氢能力为质量分数1%o他们认为单壁碳纳米竹的储氢性能与实验的试样无关，在一定程度上，起影响作用的是样品的微孔容量。Takenobu等研究

8、了C70包