單壁碳納米管儲(chǔ)氫材料

《單壁碳納米管儲(chǔ)氫材料》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、《新能源材料》課程論文2011~2012學(xué)年第一學(xué)期論文題目:單壁納米儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展學(xué)院：化學(xué)學(xué)院專業(yè)年級(jí)：化學(xué)1班學(xué)號(hào)：姓　　名：2011-12-15單壁碳納米管儲(chǔ)氫材料的研究進(jìn)展4關(guān)鍵詞：儲(chǔ)氫，單壁碳納米管，進(jìn)展引言：隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的日益加劇，新能源的開發(fā)勢(shì)在必行。氫能以其豐富來源、零污染及廣泛的利用途徑等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為人類未來的理想能源。而氫能的開發(fā)和利用，涉及到氫氣的制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、和應(yīng)用四大關(guān)鍵技術(shù)。儲(chǔ)氫材料的開發(fā)是解決氫能應(yīng)用中氫氣存儲(chǔ)難題的關(guān)鍵。近年來，由于納米材料制備

2、技術(shù)的快速發(fā)展，碳和納米儲(chǔ)氫成為儲(chǔ)氫材料的研究焦點(diǎn)。將納米技術(shù)應(yīng)用在儲(chǔ)氫材料中，可使儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫性能得到很大的提高。單根碳納米管具有很大的比表面積，是一種潛在的微孔吸附材料。論述：碳納米管在微觀結(jié)構(gòu)上具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征，按照石墨烯片的層數(shù)可分為單壁碳納米管、多壁碳納米管以及由單壁碳納米管束形成的復(fù)合管，管直徑通常為納米級(jí)，長(zhǎng)度在微米到毫米級(jí)。碳納米管具有較大的比表面積，其特殊的管道結(jié)構(gòu)及多壁碳管之間的芯部和表面都有大量的分子級(jí)細(xì)孔，因此具有很好的毛細(xì)吸附性能，可以吸附大量氣體，對(duì)氫氣具有

3、物理和化學(xué)吸附作用。單壁碳納米管(SWNT)是由單層的石墨片卷曲而成，具有長(zhǎng)徑比很高的納米級(jí)中空管，中空管內(nèi)徑一般小于2nm，而這個(gè)尺度是微孔和中孔的分界，這說明SWNT的中空管具有微孔性質(zhì)，可以看作是一種微孔材料。理想SWNT的微觀結(jié)構(gòu)相當(dāng)規(guī)整，與傳統(tǒng)MPC(微孔碳)所具有的狹縫型孔不同，SWNT具有圓柱型的微孔。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究表明，中空的碳納米管具有很強(qiáng)的毛細(xì)作用，表面張力小于100～200mN的物質(zhì)可以通過毛細(xì)作用進(jìn)入碳納米管的中空管道。單壁碳納米管的直徑為1～2nm，而氫分子的直徑為0

4、.289nm，因此理論上在但比碳納米管的中空管道內(nèi)存儲(chǔ)氫氣是可行的。根據(jù)吸附勢(shì)能理論，圓柱型比相同尺寸的狹縫型孔具有更大的吸附勢(shì)能。理論預(yù)測(cè)，單根碳納米管具有很大的比表面積，是一種潛在的微孔吸附材料。單壁碳納米管具有很大的比表面積，是一種潛在的微孔吸附材料，因此成為了一種倍受矚目?jī)?chǔ)氫材料。Dillon等采用程序控溫脫附儀，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管在130K、133.332×300Pa條件下，儲(chǔ)氫量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％～10％.Poirier在空氣中和低溫條件下,對(duì)單壁碳納米管的儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了測(cè)試，通過單

5、壁碳納米管和活性炭相關(guān)性能的比較，結(jié)果表明：一些鈦?zhàn)杂苫鶈伪谔技{米管在任何溫度下都比大表面積的活性炭的儲(chǔ)氫能力高得多，在特定的實(shí)驗(yàn)條件下，單壁碳納米管的吸氫能力比表面積大的活性炭高。加州理工學(xué)院的Ye等人采用將單壁納米管純化，在不同的條件下研究了單壁碳納米管儲(chǔ)氫量與表面積之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)在8OK、12MPa時(shí)，碳納米管的儲(chǔ)氫量質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了8％。Luxembourg在實(shí)驗(yàn)中，單壁碳納米管在253K、6MPa的條件下，最大吸氫能力為質(zhì)量分?jǐn)?shù)l％。他們認(rèn)為單壁碳納米管的儲(chǔ)氫性能與實(shí)驗(yàn)的試樣無關(guān)，在一定

6、程度上，起影響作用的是樣品的微孔容量。Takenobu研究了C70包裹的單壁碳納米管的儲(chǔ)氫性能。Georgiev用中子非彈性散射光譜，在溫度2OK附近，測(cè)定單壁碳納米管的物理吸附性能，考察了單壁碳納米管的儲(chǔ)氫性能。Sudan等對(duì)單壁碳納米管中氫的相互作用進(jìn)行了分析。在他們的實(shí)驗(yàn)中，解析譜由熱脫附譜測(cè)定，主要的可逆脫附在77-320K的范圍內(nèi)。大約在90k時(shí)4峰值的活化能假定為第一序列脫附，這對(duì)應(yīng)著單壁碳納米管的表面物理吸附，在同樣的石墨樣本和多壁碳納米管中，也發(fā)現(xiàn)了這樣的脫附峰。在氫的解析譜中，還

7、出現(xiàn)了一些另外的小臺(tái)階，但是其僅僅限于單壁碳納米管。納米的金屬顆粒用在單壁碳納米管的形成中對(duì)其物理吸附不起任何作用，在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管的最大儲(chǔ)氫主要取決于試樣的特殊表面積。但為了全面把握單壁碳納米管的儲(chǔ)氫特性，需要在宏觀量度上研究其儲(chǔ)氫能力和特性。因此，大量制備高純度的單壁碳納米管是進(jìn)一步開展研究的前提和基礎(chǔ)。我國的研究人員在這一點(diǎn)上走在世界前列。中國科學(xué)院金屬研究所的成會(huì)明等人提出了一種氫等離子電弧法，在適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)促進(jìn)劑的作用下，能大量制備出高純度的碳納米管，且可以在常溫下儲(chǔ)氫。經(jīng)研究發(fā)

8、現(xiàn)，重約500mg的單壁碳納米管，室溫下儲(chǔ)氫量可達(dá)4.2wt%，并且78.3%的存儲(chǔ)氫在常溫下可以釋放出來，剩余的加熱后也可釋放出來，這種單壁碳納米管可以重復(fù)利用。這一成果為碳納米管儲(chǔ)氫材料的研究開辟了廣闊的前景。為了詮釋碳納米管對(duì)氫的高存儲(chǔ)量，也對(duì)氫在碳納米管的吸附做了計(jì)算機(jī)模擬研究。Lee等采用密度函數(shù)法(density—functionalcalculations)預(yù)測(cè)氫在SWNT上的吸附量可超過14wt.DarkrimL采用Monte—Carlo模擬在理論上證明SWNT具有