碳納米管儲氫材料合成與制備

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1、儲氫材料合成與制備-----碳納米管一、氫能開發(fā)與現(xiàn)狀二、各類儲氫材料特點鎂基合金碳基材料鈦系合金無機多孔材料稀土系合金金屬有機骨架三、以碳納米管儲氫材料為例3.1碳納米管結構3.2儲氫原理3.3幾類常見制備方法四、化學氣相沉積法4.1形成機理及過程4.2碳納米管純化4.3碳納米管表征4.4碳納米管吸氫性能測試五、展望一、氫能開發(fā)意義與現(xiàn)狀能源是國民經濟的命脈，是人類賴以生產、生活和生存的基礎。在當今世界能源被稱為科技發(fā)展的三大支柱之一，是人類活動的源泉。但是，隨著社會經濟的快速發(fā)展，工業(yè)技術的不斷進步，人類最常用的化石能源，如煤、石油、天然氣等正以驚人的速度

2、消耗著，而且日益匱乏，據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)有的石油資源按現(xiàn)在的開采速度在2050年將告耗盡，我們將面臨“世界能源危機”同時，由這些化石能源所造成的環(huán)境問題諸如酸雨、溫室效應也對人類產生了巨大的危害。因此，開發(fā)新能源具有重要的現(xiàn)實意義，世界各國紛紛采取切實步驟，保護環(huán)境，開發(fā)綠色能源對于我國來說，雖然煤炭儲量為世界第一，但化石能源的人均占有量低，且分布不均勻，這遠遠不能滿足我國經濟高速增長的需要。另外，我國由于生產力水平較低，能源利用不充分，所造成的污染極為嚴重。在全球十大污染城市中，我國占了半數(shù)以上。因而，開發(fā)清潔的新能源有著重要的意義。二、各類儲氫材料特點總體來說，氫氣

3、儲存有物理和化學兩大類。物理儲氫方法：液氫儲存、高壓氫氣儲存、活性炭吸附儲存、玻璃微球儲存、地下巖洞儲存等?；瘜W儲存方法：金屬氫化物儲存、有機液態(tài)氫化物儲存、無機物儲存、鐵磁性材料儲存等等。氫能的利用需要解決三個問題:氫的制取、儲運和應用,而氫能的儲運則是氫能利用的瓶頸。氫在正常情況下以氣態(tài)形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易擴散,這給儲存和運輸帶來很大困難。當氫作為一種燃料時,必須具有分散性和間歇性使用的特點,因此必須解決儲存和運輸問題。金屬氫化物類儲氫1、鎂系合金鎂系合金是最早研究和被使用的儲氫合金。純鎂氫化物MgH2是惟一可在工業(yè)上使用的合金。它的資源豐

4、富、價格便宜、密度低、儲氫量大。但缺點是分解溫度高達250℃，而且反應速度慢。這就使它的大量使用受到了影響。為了克服MgH2合金的缺點，先后研制出Mg2Ni和Mg2Cu儲氫合金。Ni和Cu對鎂氫化物的形成起了催化作用，從而使氫化反應速度提高。為了克服Mg2Ni儲氫合金的缺點，相繼出現(xiàn)了用Al或Ca來置換Mg2Ni中部分Mg的新合金，使得吸氫和釋氫的速度提高了許多2、稀土系合金稀土系儲氫合金以LaNi5為最典型的代表，是儲氫合金中應用性能最好的一種。這種合金具有六方結構(CaCu5型)。它的最大優(yōu)點是在室溫下就可以氫化，吸氫釋氫均較容易，且儲氫密度高。但是它的缺

5、點是價格太高，吸氫和釋氫的速度不夠快。為了讓稀土系合金得到廣泛的使用，開發(fā)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)鈦系合金鈦系儲氫合金分為Ti-Fe系和Ti-Mn系兩類。Ti-Fe系合金儲氫量大，價格便宜，但缺點是活化困難，抵抗雜質能力差、容易中毒?？梢杂闷渌豓、Cr、Mn，Co等代替部分鐵組成二元合金，活性大為改善。Ti-Mn系合金中，以TiMn1.5二元合金的儲氫性能最好，而且在室溫條件下即能活化，反應速度快，反復吸釋氫的能力強，而且價格便宜，所以是一種很受重視應用的儲氫合金物理吸附類物理吸附類材料主要是將

6、氫氣通過范德華力可逆地吸附在高比表面積多孔材料上，不發(fā)生氫分子解離。這類材料包括：碳基材料(石墨、活性炭、碳納米管)及其衍生物(如石墨插層化合物KC24、CsC24等)無機多孔材料(如沸石分子篩)金屬有機骨架化合物等。這類材料具有儲氫方式簡單、吸放氫容易等優(yōu)點。物理吸附類材料盡管儲氫量較化學吸附類材料低，但其可通過壓力控制而達到較高的瞬時氫脫附量。其作為車載動力儲氫材料，擁有化學吸附類材料無法比擬的優(yōu)勢。如果能開發(fā)出在常溫下具有較高儲氫量的物理吸附類材料，將對未來以氫為動力的移動裝置產生重要影響。三、以碳納米管儲氫材料為例發(fā)現(xiàn)：碳納米管是日本NEc公司基礎研究

7、實驗室的電鏡專家博士于1991年在電弧蒸發(fā)石墨電極制備C60的實驗產物中意外發(fā)現(xiàn)的。由于它表現(xiàn)出奇異的力學、電學及磁學性質，可望作為結構增強材料、納米器件，場發(fā)射材料、催化劑載體、電磁屏蔽材料、吸渡材料等而在眾多領域獲得廣泛應用。根據(jù)構成管壁碳原子的層數(shù)不同，碳納米管(CNT)可分為單壁納米碳管(SWNT)和多壁納米碳管(MWNT)。1、碳納米管結構SWNT是納米碳管的極限形式，管壁僅由一層碳原子構成，直徑通常為1—2nm，長度為幾十到100nm。通常由10-100根平行的單管聚集在一起形成管束。研究學者用改進的正己烷催化裂解法制得的SWNT長度可達10-20

8、cm。MWNT是由2—50層同軸碳管組