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《新型納米結(jié)構(gòu)炭材料的儲氫研究_楊子芹.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第18卷第1期新型炭材料Vol.18No.12003年3月NEWCARBONMATERIALSMar.2003文章編號:100728827(2003)0120075205新型納米結(jié)構(gòu)炭材料的儲氫研究楊子芹,謝自立,賀益勝(防化研究院,北京100083)摘要:氫能是一種清潔的可再生能源。由于傳統(tǒng)的儲氫材料和儲氫技術(shù)達不到氫燃料電池電動車的實用要求,儲氫問題已成為氫能應(yīng)用中最急需解決的關(guān)鍵問題。近年來,各種新型納米結(jié)構(gòu)炭材料的儲氫已成為國際上的一個研究熱點,引起了人們的廣泛關(guān)注。但在這一研究領(lǐng)域中一直存在著許多爭
2、議和很大的分歧。通過綜述國內(nèi)外近幾年來各種新型納米結(jié)構(gòu)炭材料如單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨納米纖維以及炭納米纖維等的儲氫研究進展,指出了這一領(lǐng)域中需要解決的問題如儲氫測試方法的標準化、納米結(jié)構(gòu)炭材料的評價以及儲氫機制和吸附位的研究等。關(guān)鍵詞:納米結(jié)構(gòu)炭材料;儲氫中圖分類號:TB383TK91文獻標識碼:A1前言年國內(nèi)外就各種新型納米結(jié)構(gòu)炭材料包括單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨納米纖維和炭納米纖維等日益匱乏的化石能源和嚴重的環(huán)境污染問題,在儲氫方面的研究進展進行了綜述,并指出了這一迫使我們尋求新的無污染的
3、可再生能源。氫能是一領(lǐng)域中存在和需要解決的某些問題。種無污染的可再生能源,隨著質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的突破,當前氫能研究的直接目標是以氫燃料2單壁碳納米管(SWNTs)的儲氫研究電池為動力的電動汽車。目前,制約氫燃料電池電SWNTs是碳納米管中的極限形式,是由一層石動汽車發(fā)展的三大障礙是:①質(zhì)子交換膜燃料電池墨片卷曲而成的直徑為零點幾至幾納米的管狀物。的價格較高;②無適宜的儲氫技術(shù);③沒有氫源基奇特的結(jié)構(gòu)使它具有許多特異的物理和化學(xué)性能。礎(chǔ)設(shè)施。在這三大障礙中,尤以儲氫問題最為緊迫。[1]Dillon等最先采
4、用TPD(Temperatureprogrammed美國能源部(TheDepartmentofEnergy,DOE)對車載desorption)方法推測出SWNTs具有質(zhì)量分數(shù)約5%儲氫技術(shù)設(shè)定的目標為:在溫和的條件下,重量儲氫3～10%儲氫容量,并測出吸附熱為19.6kJPmol。但密度達到6.5%,體積儲氫密度達到62kgPm。這對當時測試用的樣品是采用電弧法將鈷和石墨共蒸發(fā)于傳統(tǒng)的儲氫技術(shù)和儲氫材料如氣態(tài)儲氫、液態(tài)儲得到的不純物,含有大量的鈷納米粒子和無定形碳,氫、LaNi5和FeTi合金儲氫等來說都不
5、能達到其要[1]測試用的樣品為1mg,單壁碳納米管含量的質(zhì)量分求。1997年,Dillon等用含有質(zhì)量分數(shù)為0.1%～數(shù)僅為0.1%～0.2%,其數(shù)據(jù)的準確可靠性值得懷0.2%單壁碳納米管的炭沉積物,在133K和[325]疑。0.1MPa的壓力下測得了其質(zhì)量分數(shù)為0.01%的儲[729]此后,Ye等采用激光燒蝕法制備的SWNTs氫量,由此推測出單壁碳納米管具有約質(zhì)量分數(shù)為經(jīng)純化處理后,再把SWNTs(直徑1.3nm)以0.1mgP5%～10%的儲氫容量。這一結(jié)果使人們似乎看到[2]mL濃度溶于二甲基甲酰胺,再
6、超聲分散10h以使了實現(xiàn)DOE目標的途徑。1998年,Chambers等報單壁碳納米管束分開,經(jīng)過這樣處理的SWNTs在道他們制備的石墨納米纖維的吸氫量最高可達的質(zhì)4MPa和80K下測得質(zhì)量分數(shù)為8%的吸氫量,并認量分數(shù)為67%,在國際上曾引起轟動,但這一結(jié)果[326]為氫物理吸附在單壁碳納米管的外表面。Brown目前幾乎已被國際科技界所否定。本文對近幾[10]等采用中子非彈性散射的方法證實了氫在25K收稿日期:2002209228;修回日期:2003201221基金項目:國家自然科學(xué)基金(29976046)
7、和國家973項目(G2000026403)通訊作者:謝自立,博士,研究員,E2mail:zlxie@public.bta.net.cn作者簡介:楊子芹(19732),女,河北邯鄲人,碩士,助理研究員,主要從事碳納米管及儲氫研究?！?6·新型炭材料第18卷和11MPa下的吸附為物理吸附。生長過程中會自然地發(fā)生彎曲和纏繞,一般的制備[11]中國科學(xué)院金屬研究所成會明研究小組采方法得到的MWNTs都是以無序方式聚集的。[22]用改進的氫電弧法制備出直徑約1.85nm、純度約Chen等報道催化裂解CH4制備的直徑在5
8、0%～60%的SWNTs,經(jīng)鹽酸浸泡和真空中熱處理25nm～35nm的MWNTs,分別經(jīng)Li、K摻雜后采用后,在室溫和10MPa的條件下測得了質(zhì)量分數(shù)為TGA和TPD法,在473K～673K和室溫下分別測得4.2%的吸氫量,并且80%被吸附的氫可在室溫下了質(zhì)量分數(shù)為20%和14%的吸氫量,而沒有摻雜堿釋放出來。這表明氫電弧法制備的SWNTs與激光金屬的碳納米管只有質(zhì)量分數(shù)為0.4%的吸氫量。燒蝕法制
