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《儲氫難題和納米限域的調(diào)制方法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、專題研究報告論文題目儲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)濟效益高等特點，發(fā)展前途非常光明。美中不足的是，在氫能商業(yè)化的過程中出現(xiàn)了許多難題。如何實現(xiàn)廉價地制氫、安全而高效地儲存、輸送氫都是當今研究必須攻克的課題，這其中儲氫問題更是發(fā)展過程中的重要瓶頸。傳統(tǒng)儲氫技術(shù)與材料存在能耗高、儲氫效率低、可逆性差、動力學(xué)性能緩慢等缺點，開發(fā)安全穩(wěn)定高效的復(fù)合儲氫材料，尋找恰當?shù)男揎椃椒?，實現(xiàn)固體儲氫材料的規(guī)模化
2、制備與可循環(huán)利用將是未來儲氫材料研究發(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反應(yīng)的進行，為化學(xué)反應(yīng)提供一個獨特的微環(huán)境。近年來納米限域逐漸發(fā)展成為改善儲氫材料熱力學(xué)和動力學(xué)的新方法。本文主要介紹了目前儲氫技術(shù)與材料發(fā)展面臨的問題、發(fā)展方向以及納米限域的儲氫材料的研究進展和前景展望。關(guān)鍵詞：儲氫；納米限域；納米；儲氫材料；氫能；復(fù)合儲氫材料1.儲氫技術(shù)和材料概論1.1發(fā)展背景目前，環(huán)境危機和能源危機日益嚴重。隨著工業(yè)發(fā)展，近幾十年對化石燃料的大量使用對環(huán)境造成了嚴重的污染；有限的傳統(tǒng)能源儲量與人們?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)展的壓力迫使人類去尋找更為清潔的新型能源。氫能作為一種儲量豐富、來源廣泛、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、加等許多國家都在加緊部署、實施氫能戰(zhàn)略，以期在21世紀中葉進入氫能經(jīng)濟0時代，如美國針對運輸機械的“FreedomCAR”計劃和針對規(guī)模制氫的“FutureGen”計劃，日本的“NewSunshine”計劃及“We-NET”系統(tǒng)，歐洲的“Framework”計劃中關(guān)于氫能科技的投人也呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢。1.2儲氫難點氫在通常條件下以氣態(tài)形式存在，且易燃、易爆、易擴散，人們在實際應(yīng)用中要優(yōu)先考慮儲過程中的安全、高效和無泄漏損失。當氫
4、作為一種燃料時，必然具有分散性和間歇性使用的特點，儲氫問題必然是一道跨不過去的坎。儲氫技術(shù)要求能量密度大、能耗少、安全性高。當作為車載燃料使用時，應(yīng)符合車載狀況的要求。對于車用氫氣存儲系統(tǒng)，國際能源署提出的目標是質(zhì)量儲氫密度大于5%、體積儲氫密度大于50kgH2Pm3，并且放氫溫度低于423K，循環(huán)壽命超過1000次;而美國能源部(DOE)提出的目標是質(zhì)量儲氫密度不低于615%，體積儲氫密度不低于62kgH2Pm3，車用儲氫系統(tǒng)的實際儲氫能力大于311kg。綜合考慮質(zhì)量、體積儲氫密度和溫度，除液氫儲存外，還沒有其它技術(shù)能滿足上述要求。目前，常用的高壓氣瓶貯氫，存儲簡單方便且
5、成本低廉，但能耗高、儲氫量小，安全和經(jīng)濟效率兩方面制約了其進一步發(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，液化耗能高且對儲藏容器在隔熱和強度方面的要求極高，僅在航天、軍事等特殊部門使用。因此，無論是從經(jīng)濟、安全還是實用性角度來考慮，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，因其具有高的存儲密度且兼具安全、便攜、經(jīng)濟等優(yōu)勢，是一種具有廣闊市場應(yīng)用前景的貯氫技術(shù)，特別適用于小型電池和車載燃料電池的氫源系統(tǒng)，已成為世界各國研究的熱點。然而，現(xiàn)已開發(fā)的固態(tài)儲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)的進一步發(fā)展。如傳
6、統(tǒng)的儲氫合金，以LaNi5合金為例，其熱力學(xué)、動力學(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現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，但由于其儲氫最偏低(1．4wt．％)，且其實際儲氫容量已接近理論極限。無法滿足大容常車載儲氫材料的要求；而配位氫化物儲氫材料，如LiBH4雖然儲氫量高(18．5wt．％)，但其熱力學(xué)穩(wěn)定性高，且脫氫過程有雜質(zhì)氣體逸出等問題亟待解決；通過MOFs等人比面積多孔材料的物理吸附儲氫，雖然能快速吸放氫，但其要求極低的溫度，而且儲氫量也有待進一步提高。1.3儲氫材料和技術(shù)的發(fā)展方向隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對儲氫容量的要求不斷提高，目前在研的儲氫材料，由于儲氫量
7、、熱力學(xué)、動力學(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)模實際應(yīng)用的要求。因此，開發(fā)出綜合性能良好的輕質(zhì)儲氫材料及其相關(guān)的安全儲氫技術(shù)成為當務(wù)之急。在新型高容量儲氫材料的研究開發(fā)中，重點將集中于新型儲氫材料的設(shè)計制備、性能調(diào)制以及系統(tǒng)集成。目前儲氫材料的主要發(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)儲氫材料、可控放氫儲氫材料和氫源系統(tǒng)等?，F(xiàn)介紹其中的一個調(diào)制方向——納米限域的儲氫材料。2.納米限域的儲氫材料2.1簡介納米限域是將材料填充到納米孔道里，
