【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 改變壓強(qiáng)，它的比表面積也會(huì)有較大的影響。即壓力越小，它對(duì)比表面積的影響也就越小。微孔容積對(duì)納米纖維材料的吸附氫氣量有十分重要的影響。在壓強(qiáng)一定的條件下，納米纖維材料的氫氣吸附量和其微孔容積成正比關(guān)系，即是隨著微孔容積的增大，納米纖維材料的吸氫量也會(huì)增加[16]。增大壓強(qiáng)會(huì)使增加的更加明顯。中孔的情況也是一樣的。由于在微孔中會(huì)發(fā)生勢(shì)能疊加效應(yīng)，所以氫更加容易吸附在納米纖維材料的表面。如果微孔容積太小，他們的吸附作用也會(huì)非常的小。溫度對(duì)納米纖維材料的吸附氫也有重要的影響。溫度和其氫吸附量成線性關(guān)系。溫度變大，它的吸氫量減少。 碳納米管儲(chǔ)氫碳納米管儲(chǔ)氫最先是由美國(guó)科學(xué)家Dillon等于1994提出的。此文只說(shuō)明了一個(gè)氫脫附的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。碳納米管是儲(chǔ)存氫氣重要的材料之一，其中以多壁碳納米管的儲(chǔ)氫性能最佳。對(duì)于碳納米管儲(chǔ)氫的原理現(xiàn)在主要有2種觀點(diǎn)，第一種觀點(diǎn)認(rèn)為碳納米管在儲(chǔ)存氫氣的過(guò)程中單純的只發(fā)生了物理吸附作用，沒(méi)有發(fā)生化學(xué)吸附。氫分子和碳原子之間是通過(guò)分子間的作用力結(jié)合在一起的。如果這個(gè)觀點(diǎn)是正確的話，就可以推出分子間的作用力很小，吸附所需熱量也很少，氫氣被吸附可以產(chǎn)生多層吸附的現(xiàn)象。第二種觀點(diǎn)主要是考慮在吸附的過(guò)程中納米管的電子態(tài)的變化和所發(fā)生的量子效應(yīng)。如果這個(gè)觀點(diǎn)成立，那么就可以得到相反的結(jié)論。在吸附的過(guò)程中十分容易形成單層吸附。吸附吸附速度也很慢。雖然對(duì)納米管的儲(chǔ)氫原理，有不同看法但是對(duì)納米管的未來(lái)研究的方向確實(shí)基本一致的。碳納米管儲(chǔ)氫因?yàn)樵淼姆制缫残纬?種主要研究方法，其中一種就是認(rèn)為碳納米管對(duì)氫氣的吸附過(guò)程是物理吸附，過(guò)程中間沒(méi)有發(fā)生任何的化學(xué)變化，另一種則是相反，是完全從化學(xué)方面來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題。在有很多科學(xué)家的對(duì)比結(jié)論下，如袁興紅等采用巨正則蒙特卡羅方法模擬氫分子在碳納米管及其陣列中的存儲(chǔ)過(guò)程。得出了以下的結(jié)論碳納米管主要是物理吸附作用，但是它在吸附過(guò)程中也存在著化學(xué)吸附作用。納米管吸附氫氣的量也和許多因素有關(guān)。主要有納米管比表面積，溫度，壓強(qiáng)等有關(guān)。碳納米管的比表面積的相當(dāng)?shù)拇?，主要是因?yàn)樗膹较蛑睆胶苄〉脑?。比表面積又對(duì)碳納米儲(chǔ)氫的許多的影響。想增加碳納米管的儲(chǔ)氫性能，可以通過(guò)增加其比表面積，1，使用物理或化學(xué)的方法使碳納米管離散化，從而增加它的外表面積。2，打開(kāi)碳納米管的內(nèi)部閉孔，從而使其內(nèi)表面積增加。3，通過(guò)在碳納米管表壁制造缺陷的方法，其實(shí)開(kāi)口和提純也是提高其表面積的重要的方法。碳納米管的氫氣的吸附量并一直不是隨著壓強(qiáng)的增加而增加。當(dāng)壓力到達(dá)一個(gè)特殊值是就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)極值，極值和很多因素有關(guān)，例如樣品的種類，使用方法有關(guān)。溫度和吸氫量成反比。對(duì)于碳納米管儲(chǔ)氫性能要從多方面來(lái)考慮，例如對(duì)環(huán)境的影響，單位體積儲(chǔ)氫等。 石墨烯儲(chǔ)氫石墨烯的發(fā)現(xiàn)不僅為新型電子的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)，而且在清潔能源領(lǐng)域，石墨烯摻雜鋰原子被認(rèn)為是最有前途的儲(chǔ)氫材料之一，鋰摻雜石墨烯有望優(yōu)于鋰摻雜碳納米，因?yàn)槭┪降臍錃饪梢噪S便被使用，可以保證高效儲(chǔ)氫。但是具有高覆蓋率的石墨烯的吸附鋰原子的氫，靜電會(huì)削弱陽(yáng)離子之間的相互作用。最近， BIERI等首次成功地合成一個(gè)具有良好定義的多孔石墨。插入洞的具體尺寸和分布在石墨烯薄片的電子結(jié)構(gòu)可能會(huì)大幅改變的。此外, 鋰摻雜物有可能在多孔石墨烯中分離。和摻鋰石墨烯相比，鋰陽(yáng)離子之間的靜電相互作用應(yīng)該是較低的。他們儲(chǔ)氫量也會(huì)明顯增加。[5]它的儲(chǔ)氫原理,大部分上的儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫都是由于有非常大的比表面積，所以可以成為儲(chǔ)氫材料，而石墨烯是三維的層狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它們層間距遠(yuǎn)大于氫分子的直徑，它們之間是有分子間的作用力結(jié)合在一起的。由于它們間距大于氫分子直徑，就為氫氣的吸附提供通道。它有很多在同一平面的原子，結(jié)構(gòu)很難被破壞，所以他的熔點(diǎn)很高，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。它由于結(jié)構(gòu)之間存在著空隙，所以它的表面積很大。也為成為儲(chǔ)氫材料的一個(gè)重要理論依據(jù)由于摻雜可以改變石墨烯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少它們離子之間的作用。從而更大程度增加它的儲(chǔ)量。石墨烯的儲(chǔ)氫原理，主要就是高的比表面積，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，摻雜改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 石墨烯的儲(chǔ)量量主要摻雜離子的種類有關(guān)，溫度，比表面積有關(guān)，其中石墨烯主要的受到摻雜離子的影響十分的明顯，對(duì)不同的離子，石墨烯的儲(chǔ)量有非常的大的區(qū)別，其中 效果最好的，且投入了生產(chǎn)的鋰離子摻雜就是目前各方面被認(rèn)為是較好的。它的儲(chǔ)量量可以高達(dá)6．1％(wt)，后面被發(fā)現(xiàn)的鈣離子摻雜石墨烯，％(wt)，還可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)多次利用，所以摻雜離子對(duì)它儲(chǔ)氫的效果與很大的影響，還有就是它的溫度的影響，和上述的納米管一樣的所以就不再重復(fù)了。它的比表面積的大小主要是受到石墨烯層數(shù)的影響。它的單位質(zhì)量層越多就可以儲(chǔ)氫越多[6]。石墨烯作為21世紀(jì)的的一種新材料，被廣泛的使用在很多的地方。它穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，和很多優(yōu)良的物理性質(zhì)，使它成為了電子通訊，生物和儲(chǔ)氫方面的新寵。為環(huán)境保護(hù)作出了非常的貢獻(xiàn)。第4章 碳基材料儲(chǔ)氫應(yīng)用隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重，礦物能源短缺，人類越來(lái)越需要清潔的新能源，而氫能以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)以及豐富的資源引發(fā)科研界人士的關(guān)注。全世界幾十個(gè)國(guó)家都在氫能得研發(fā)上投入了大量的人力與資金。其中，氫能得運(yùn)用主要包含生產(chǎn)、儲(chǔ)存、應(yīng)用。而儲(chǔ)存乃是關(guān)鍵之所在。據(jù)我們了解，儲(chǔ)氫合金循環(huán)吸收氫的過(guò)程會(huì)出現(xiàn)晶粒化等不利影響，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用中的要求。通過(guò)低壓儲(chǔ)氫技術(shù)現(xiàn)在正在加緊研究中，其機(jī)理是借助于多孔介質(zhì)的強(qiáng)大吸附功能，使得氫氣濃縮、密度增加，以一種類似于超臨界流體模式被存儲(chǔ)在多孔的介質(zhì)孔隙里邊。一個(gè)典型的例子就是富勒烯，用氧化鋁作為正的催化劑，在423K、氫氣壓力為5MP下，生成富勒烯，因?yàn)槲綗岽?，?huì)有較大的副作用影響，目前還沒(méi)投入實(shí)際的應(yīng)用。 通過(guò)對(duì)碳納米纖維做表面處理可以改善物化性質(zhì)，比如改變表面積、表面狀態(tài)。處理后的材料中孔徑會(huì)顯著減少而其數(shù)量會(huì)增大至少一倍，這是因?yàn)楹芏嗟奶技{米纖維的末端都被打開(kāi)了同等孔徑的數(shù)目就會(huì)增多?？捉Y(jié)構(gòu)分析結(jié)果說(shuō)明表面積和孔容大大提高為氫氣進(jìn)入納米纖維內(nèi)部提供了大量通道和儲(chǔ)氫的空間。從而進(jìn)一步改善其儲(chǔ)氫性能。實(shí)驗(yàn)者使用濃硝酸泡之，或者置于空氣中氧化以取出處理后的樣品游離，或者附著在纖維表面上的無(wú)定形碳等雜質(zhì)，將纖維端口打開(kāi)，再然后就用鹽酸浸泡除掉樣品中的鐵離子，使得樣品更為潔凈并打開(kāi)一些端口。最后通過(guò)高溫作用除掉表面雜質(zhì)為氫氣順利進(jìn)入管道內(nèi)部做好鋪墊。 1995年，Dillon和他的伙伴們經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)定狀態(tài)下，氣體分子只可以停留在對(duì)應(yīng)勢(shì)井的最深處，所以固體的表面只能存在一層吸附分子。這就是說(shuō)吸附氫的多少就與表面積大小成正比。作為物理吸附，飽和吸附量也是溫度的函數(shù)。飽和吸附量呈指數(shù)函數(shù)規(guī)律上升。所以我們一般采用低溫吸附。具有實(shí)用價(jià)值的儲(chǔ)氫材料都具有豐富的微孔。從這個(gè)角度，超級(jí)活性碳可以作為碳納米材料。美國(guó)波斯頓東北大學(xué)的研究者宣稱可以使儲(chǔ)氫的密度上升到百分之七十五，但結(jié)果不如人意，只有百分之十。而我國(guó)學(xué)者研究所得結(jié)果竟然高達(dá)百分之十三點(diǎn)六。但在確認(rèn)可以做為儲(chǔ)氫材料之前，有兩個(gè)問(wèn)題需要討論，其一是體積儲(chǔ)氫密度是多少，其二是如何加快緩慢釋放氫氣的速度[7]。 而具有實(shí)用價(jià)值的儲(chǔ)氫材料，還必須考察碳納米纖維的體積儲(chǔ)氫密度。碳納米材料吸收氫氣的速率相當(dāng)?shù)木徛?。?jù)相關(guān)數(shù)據(jù)記錄，碳納米管需要五個(gè)小時(shí)才能夠達(dá)到百分之四左右的最大容量。就好比給一個(gè)蓄電池充電一樣，不能適應(yīng)加氣站三分鐘內(nèi)充滿的要求。碳納米材料釋放氫氣的速率非常的緩慢，這出于兩個(gè)基本原因：（1）氫氣在納米級(jí)通道內(nèi)擴(kuò)散速度很緩慢；（2）吸附過(guò)程的熱效應(yīng)十分顯著。由于在碳納米材料上氫的吸附勢(shì)能更高，其相應(yīng)吸附熱效應(yīng)也會(huì)隨著成倍增高。吸附容量穩(wěn)定性不好以及材料對(duì)吸附壓力的敏感性都是碳納米管材料作為儲(chǔ)氫氣載體的絆腳石。此外，碳納米材料儲(chǔ)氫需要施加較高的氣壓。在5MPa的壓力下，儲(chǔ)氫總量不會(huì)超過(guò)百分之一，而使用活性炭低溫吸附來(lái)儲(chǔ)氫就會(huì)存在對(duì)壓力不敏感的問(wèn)題。 結(jié)論碳基儲(chǔ)氫材料由于其本身具有很多優(yōu)良的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)使它迅速的成為了世界上最佳儲(chǔ)氫材料之一，本文主要綜述從不同的角度來(lái)分析和考慮碳基儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫性能。本文主要對(duì)比了碳基儲(chǔ)氫材料和一些其他的儲(chǔ)氫材料，突出了碳基儲(chǔ)氫材料作為一種非常的儲(chǔ)氫方法的優(yōu)勢(shì)之處。再者通過(guò)對(duì)碳基儲(chǔ)氫材料的具體介紹，較為具體介紹了他們的很多物理和化學(xué)性質(zhì)，有利我們可以更加綜合的去了解和應(yīng)用碳基儲(chǔ)氫材料。最后分析了碳基儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫原理，分析一些因素對(duì)其儲(chǔ)氫量的影響，為我們改善儲(chǔ)氫方法，提高儲(chǔ)氫量做出了理論依據(jù)。參考