碳质储氢材料PPT课件

1、碳质储氢材料储氢材料：一种可以储存氢的材料，从狭义上说是一种能和氢发生反应生成金属氢化物的物质。同一般的金属氢化物不同的是储氢材料必须具有高度反应的可逆性,并且其可逆循环的次数必须足够多。 碳质吸附储氢是近年来出现的利用吸附理论的物理储氢方法。主要有超级活性炭、碳纤维和碳纳米管(CNT) 3种。第1页/共21页碳纤维碳纳米管第2页/共21页活性炭 活性炭是一种黑色粉状、粒状或丸状的无定形且具有多孔的碳，具有石墨那样的精细结构和较大的比表面积。 活性炭储氢是典型的超临界气体吸附，是利用超高比表面积的活性炭作吸附剂的储氢技术。活性炭是一种黑色粉状、粒状或丸状的无定形且具有多孔的碳，具有石墨那样的精

2、细结构和较大的比表面积。 最早关于H2 在高比表面活性炭上吸附的报道是在 1967年 ( Kidnay A 和 HizaM)。第3页/共21页碳纤维 碳纤维是由有机纤维经过碳化以及石墨化处理而得到的微晶石墨材料 石墨纳米纤维由含碳化合物经所选金属颗粒催化分解产生。碳纳米纤维表面是分子级细孔，而内部是直径大约10nm的中空管，比表面积大，可以合成石墨层面垂直于纤维轴向或者与轴向成一定角度的鱼骨状特殊结构的纳米碳纤维 ，H2可以在这些纳米碳纤维中凝聚，因此具有超级贮氢能力 。第4页/共21页碳纳米管 碳纳米管是由单层或多层石墨卷曲而成的无缝纳米管状态壳结构。 碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构

3、成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。 根据构成管壁的碳原子层数的不同，可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管第5页/共21页1.研究现状2.储氢性能3.研究前景第6页/共21页研究现状1。活性炭活性碳储氢的研究主要集中于低温领域，室温下的研究较少。 目前，研究多集中于具有超高比表面积及发达空隙结构的超级活性碳。其制备方法主要有模板法和活化法两种，

4、Hynek等最新的研究成果是没有一种活性碳吸附剂在300K下有较好的吸附能力。第7页/共21页2，碳纤维 在1998年，Chanbers等描述了他们在不同碳纤维的吸附储氢发现，在11.35MPA,298K的条件下，鱼骨状纳米纤维、平板状纳米纤维，以及石墨氢吸附量分别是67.55wt%、53.68wt%、4.52wt% 在近期的研究混合了PT的碳纳米纤维中，发现当PT含量超过0.2wt%时，H/PT可达到0.5；当PT含量超过2wt%时，H/PT降低一个数量级，这说明在C纳米纤维中混合PT不能较好的改善其吸附性。 近来研究表明石墨纳米纤维最好的吸附量是在120ATM，27C时10wt%第8页/共

5、21页碳纳米管吸附机理 一种观点认为，CNT储氢过程中只发生物理吸附，氢分子与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。 另一种观点则从化学反应的角度研究CNT的储氢过程，考虑吸附过程中分子的电子态改变和量子效应，并考察CNT的结构因素对发生化学吸附的影响。化学吸附具有吸附作用强，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，第9页/共21页1.单壁碳纳米管 Lijima.s于1993年首先利用电弧法首先制得了单壁碳纳米管。这种碳纳米管的精度不高，包含纳米型的金属催化剂颗粒和大量的不定形碳。 YE等于1999年首次报道了

6、用激光法制得的高纯度的单壁碳纳米管。这种碳纳米管是用半连续电弧法制得，半径1.85NM,纳米管纯度50-60wt%。在室温10MPA下，这种材料的吸附储氢量为4.2wt%，大约有80%的氢可以脱附。第10页/共21页.2，多壁碳纳米管 多壁碳纳米管是近几年才被研究的。合成他的第一个方法是电弧法。在2000年的报道指出经过金属LI处理的多壁碳纳米管的储氢量为2.5wt%。 近来科学家获得了新一种多壁碳纳米管材料。这种材料是由一氧化碳和甲烷经过催化分解而获得。他们发现调整催化剂的组成，可以得到不同的碳纳米管。第11页/共21页储氢性能1，活性炭由图中可得氢在活性碳上的吸附随温度的降低而明显增大。说

7、明活性炭的储氢能力比较可观。第12页/共21页碳纤维第13页/共21页由图一可知：没经处理的碳纳米纤维原始样的储氢量仅为0.7%。这可能是因为其吸附了空气中的多余水分和其他气体，并且中空管也没有打开，导致无法吸附更多的氢气。经过一定处理后，储氢量大大提高。经过实验表明：影响碳纳米纤维储氢量的一个重要的因素是储氢前的热处理温度。这可能是由于在较低温度下的热处理，使得表面吸附的杂质气体和含氧官能团没有完全除去。实验还发现在纳米碳纤维处理的前后，孔径结构发现了显著的改变。如下图第14页/共21页处理后的比表面积增大了一倍，且大孔数减少，中空数增加。这是由于碳纤维的端口被打开了。第15页/共21页碳纳

8、米管1，单壁碳纳米管 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、133.332X300 Pa条件下,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氢性能进行了测试，通过单壁碳纳米管和活性炭相关性能的比较，结果表明：一些钛自由基单壁碳纳米管在任何温度下都比大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面积大的活性炭高。其他相关研究：第16页/共21页 多壁碳纳米管 郝东辉等采用定向多壁碳纳米管和非定向碳纳米管混以铜粉制成的电极，进行了恒流冲放电电化学实验，储氢量的对比表明，

9、定向多壁碳纳米管的储氢量高达5.7%，是非定向多壁碳纳米管的储氢量的13倍，是石墨的10倍。 Zhang等11分别对10-20 nm，10-30 nm ，20-40 nm，40-60 nm和60-100 nm不同尺寸的多壁碳纳米管进行电化学储氢研究。用LaNi5合金颗粒作为催化剂真空中进行处理。实验结果表明，在相同的测试条件下，不同尺寸的多壁碳纳米管在电化学储氢方面有很大的差异。10-30 nm多壁碳纳米管的电化学储氢能力最强，60-100 nm多壁碳纳米管的储氢能力最差。在实验中可以看出碳纳米管的尺寸是影响电化学储氢性能的一个主要因素。相关研究;第17页/共21页研究前景 目前活性炭吸附储氢只有在低温条件下，才能实现好的吸附特性，碳纳米材料吸附储氢依旧处于研发阶段。对于工业应用还不成熟，还有许多需要改进和研究的地方。很明显，目前最重要的是解决如何获得室温、中等压力条件下，尽可能大的的吸附氢。 这就涉及三个方面的研究问题:吸附储氢的吸附机理，优质吸附剂的合成、吸附剂的净化。只有这些方面有重大的突破时，才能向工业化的生产前进。第18页/共21页碳纳米管 由于对碳纳米管的制备及所采用的储氢测试方法上的不同，碳纳米管的储氢量