儲(chǔ)氫難題和納米限域的調(diào)制方法

《儲(chǔ)氫難題和納米限域的調(diào)制方法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、專(zhuān)題研究報(bào)告論文題目?jī)?chǔ)氫難題和納米限域的調(diào)制方法作者姓名張盈盈學(xué)科專(zhuān)業(yè)應(yīng)用化學(xué)指導(dǎo)教師傅志勇所在學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院論文提交日期2017.06.12摘要作為21世紀(jì)主要的新能源之一，氫能具有環(huán)境友好、資源豐富、熱值高、燃燒性能好、潛在經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，發(fā)展前途非常光明。美中不足的是，在氫能商業(yè)化的過(guò)程中出現(xiàn)了許多難題。如何實(shí)現(xiàn)廉價(jià)地制氫、安全而高效地儲(chǔ)存、輸送氫都是當(dāng)今研究必須攻克的課題，這其中儲(chǔ)氫問(wèn)題更是發(fā)展過(guò)程中的重要瓶頸。傳統(tǒng)儲(chǔ)氫技術(shù)與材料存在能耗高、儲(chǔ)氫效率低、可逆性差、動(dòng)力學(xué)性能緩慢等缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)安全穩(wěn)定高效的復(fù)合儲(chǔ)氫材料，尋找恰當(dāng)?shù)男揎椃椒ǎ瑢?shí)現(xiàn)固體儲(chǔ)氫材料的規(guī)?；?/p>

2、制備與可循環(huán)利用將是未來(lái)儲(chǔ)氫材料研究發(fā)展的新方向。納米限域是將材料填充到納米孔道里，利用材料和納米孔道的相互作用促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，為化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)獨(dú)特的微環(huán)境。近年來(lái)納米限域逐漸發(fā)展成為改善儲(chǔ)氫材料熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的新方法。本文主要介紹了目前儲(chǔ)氫技術(shù)與材料發(fā)展面臨的問(wèn)題、發(fā)展方向以及納米限域的儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展和前景展望。關(guān)鍵詞：儲(chǔ)氫；納米限域；納米；儲(chǔ)氫材料；氫能；復(fù)合儲(chǔ)氫材料1.儲(chǔ)氫技術(shù)和材料概論1.1發(fā)展背景目前，環(huán)境危機(jī)和能源危機(jī)日益嚴(yán)重。隨著工業(yè)發(fā)展，近幾十年對(duì)化石燃料的大量使用對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染；有限的傳統(tǒng)能源儲(chǔ)量與人們?nèi)找婢阍龅哪茉葱枨螽a(chǎn)生了巨大矛盾?？沙掷m(xù)

3、發(fā)展的壓力迫使人類(lèi)去尋找更為清潔的新型能源。氫能作為一種儲(chǔ)量豐富、來(lái)源廣泛、能量密度高的綠色能源，廣泛出現(xiàn)在人們的關(guān)注的視野中。如今美、日、德、中、加等許多國(guó)家都在加緊部署、實(shí)施氫能戰(zhàn)略，以期在21世紀(jì)中葉進(jìn)入氫能經(jīng)濟(jì)0時(shí)代，如美國(guó)針對(duì)運(yùn)輸機(jī)械的“FreedomCAR”計(jì)劃和針對(duì)規(guī)模制氫的“FutureGen”計(jì)劃，日本的“NewSunshine”計(jì)劃及“We-NET”系統(tǒng)，歐洲的“Framework”計(jì)劃中關(guān)于氫能科技的投人也呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢(shì)。1.2儲(chǔ)氫難點(diǎn)氫在通常條件下以氣態(tài)形式存在，且易燃、易爆、易擴(kuò)散，人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中要優(yōu)先考慮儲(chǔ)過(guò)程中的安全、高效和無(wú)泄漏損失。當(dāng)氫

4、作為一種燃料時(shí)，必然具有分散性和間歇性使用的特點(diǎn)，儲(chǔ)氫問(wèn)題必然是一道跨不過(guò)去的坎。儲(chǔ)氫技術(shù)要求能量密度大、能耗少、安全性高。當(dāng)作為車(chē)載燃料使用時(shí)，應(yīng)符合車(chē)載狀況的要求。對(duì)于車(chē)用氫氣存儲(chǔ)系統(tǒng)，國(guó)際能源署提出的目標(biāo)是質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度大于5%、體積儲(chǔ)氫密度大于50kgH2Pm3，并且放氫溫度低于423K，循環(huán)壽命超過(guò)1000次;而美國(guó)能源部(DOE)提出的目標(biāo)是質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度不低于615%，體積儲(chǔ)氫密度不低于62kgH2Pm3，車(chē)用儲(chǔ)氫系統(tǒng)的實(shí)際儲(chǔ)氫能力大于311kg。綜合考慮質(zhì)量、體積儲(chǔ)氫密度和溫度，除液氫儲(chǔ)存外，還沒(méi)有其它技術(shù)能滿足上述要求。目前，常用的高壓氣瓶貯氫，存儲(chǔ)簡(jiǎn)單方便且

5、成本低廉，但能耗高、儲(chǔ)氫量小，安全和經(jīng)濟(jì)效率兩方面制約了其進(jìn)一步發(fā)展；液態(tài)貯氫的體積密度是氣態(tài)氫的845倍，但液化溫度低，液化耗能高且對(duì)儲(chǔ)藏容器在隔熱和強(qiáng)度方面的要求極高，僅在航天、軍事等特殊部門(mén)使用。因此，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)、安全還是實(shí)用性角度來(lái)考慮，氣態(tài)和液態(tài)貯氫都不是具備大規(guī)模商用化的市場(chǎng)前。相比而言，固相貯氫，如金屬氫化物貯氫，因其具有高的存儲(chǔ)密度且兼具安全、便攜、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，是一種具有廣闊市場(chǎng)應(yīng)用前景的貯氫技術(shù)，特別適用于小型電池和車(chē)載燃料電池的氫源系統(tǒng)，已成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)。然而，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)的固態(tài)儲(chǔ)氫材料均存在著不同程度的缺陷，這制約了固態(tài)貯氫技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。如傳

6、統(tǒng)的儲(chǔ)氫合金，以LaNi5合金為例，其熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及循環(huán)可逆等方面性能優(yōu)異，在鎳氫電池和氫氣提純等方面均已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，但由于其儲(chǔ)氫最偏低(1．4wt．％)，且其實(shí)際儲(chǔ)氫容量已接近理論極限。無(wú)法滿足大容常車(chē)載儲(chǔ)氫材料的要求；而配位氫化物儲(chǔ)氫材料，如LiBH4雖然儲(chǔ)氫量高(18．5wt．％)，但其熱力學(xué)穩(wěn)定性高，且脫氫過(guò)程有雜質(zhì)氣體逸出等問(wèn)題亟待解決；通過(guò)MOFs等人比面積多孔材料的物理吸附儲(chǔ)氫，雖然能快速吸放氫，但其要求極低的溫度，而且儲(chǔ)氫量也有待進(jìn)一步提高。1.3儲(chǔ)氫材料和技術(shù)的發(fā)展方向隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)儲(chǔ)氫容量的要求不斷提高，目前在研的儲(chǔ)氫材料，由于儲(chǔ)氫量

7、、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和循環(huán)可逆方面的不足難以全方位地滿足氫能大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的要求。因此，開(kāi)發(fā)出綜合性能良好的輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料及其相關(guān)的安全儲(chǔ)氫技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。在新型高容量?jī)?chǔ)氫材料的研究開(kāi)發(fā)中，重點(diǎn)將集中于新型儲(chǔ)氫材料的設(shè)計(jì)制備、性能調(diào)制以及系統(tǒng)集成。目前儲(chǔ)氫材料的主要發(fā)展方向有有納米限域、催化摻雜體系構(gòu)建、陰／陽(yáng)離子替代、失穩(wěn)體系構(gòu)建、復(fù)合體系構(gòu)建、多相體系和多尺度結(jié)構(gòu)儲(chǔ)氫材料、可控放氫儲(chǔ)氫材料和氫源系統(tǒng)等?，F(xiàn)介紹其中的一個(gè)調(diào)制方向——納米限域的儲(chǔ)氫材料。2.納米限域的儲(chǔ)氫材料2.1簡(jiǎn)介納米限域是將材料填充到納米孔道里，