富氧(yang)活性炭的(de)儲(chu)氫能(neng)力(li)

　　富氧活性炭的儲(chu)氫能(neng)力已被廣泛(fan)研究(jiu)用于(yu)儲(chu)氫，但到(dao)目(mu)前為(wei)止(zhi)，它們的儲(chu)存能(neng)力似乎有(you)(you)上限。在這(zhe)里，為(wei)了避免這(zhe)個上限，我們研究(jiu)了富(fu)氧活(huo)性炭(tan)的能(neng)力。本文(wen)介紹了醋酸纖維素制成的活(huo)性炭(tan)，結合各(ge)種(zhong)優點，具(ju)(ju)有(you)(you)高(gao)表(biao)面(mian)積和孔(kong)(kong)隙體積，其自身孔(kong)(kong)隙幾乎完全(quan)具(ju)(ju)有(you)(you)微孔(kong)(kong)特性(微孔(kong)(kong)含量超過90%)，具(ju)(ju)有(you)(you)富(fu)氧特性。

　　氫(qing)作(zuo)為(wei)(wei)機(ji)動車輛中(zhong)(zhong)的(de)(de)汽油燃(ran)料，具(ju)有一(yi)(yi)定的(de)(de)吸引力，作(zuo)為(wei)(wei)氫(qing)經濟的(de)(de)一(yi)(yi)部分。與(yu)(yu)目前使用(yong)(yong)的(de)(de)化石(shi)燃(ran)料相比，氫(qing)作(zuo)為(wei)(wei)燃(ran)料具(ju)有更(geng)有利的(de)(de)優勢，包括(kuo)潛(qian)在(zai)的(de)(de)可(ke)(ke)再生和(he)(he)對環境友好(hao)性(xing)（氫(qing)燃(ran)燒或電化學氧化的(de)(de)**副產(chan)品是(shi)水，這將減少(shao)CO2排放)，以及具(ju)有高(gao)重(zhong)量能量密度(du)。然(ran)而(er)，氫(qing)作(zuo)為(wei)(wei)一(yi)(yi)種可(ke)(ke)行的(de)(de)車輛燃(ran)料，在(zai)運(yun)輸和(he)(he)應用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)存在(zai)一(yi)(yi)些問題。因(yin)此，儲(chu)(chu)存固體材(cai)料中(zhong)(zhong)的(de)(de)氫(qing)是(shi)更(geng)好(hao)地(di)使用(yong)(yong)氫(qing)的(de)(de)關鍵。氫(qing)吸收的(de)(de)*重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)是(shi)表面積、孔體積和(he)(he)孔徑。特別是(shi)儲(chu)(chu)存在(zai)活(huo)性(xing)炭氫(qing)量之間(jian)(jian)的(de)(de)鏈路。然(ran)而(er)，儲(chu)(chu)存在(zai)活(huo)性(xing)炭中(zhong)(zhong)的(de)(de)氫(qing)的(de)(de)量仍然(ran)受到分子氫(qing)與(yu)(yu)孔壁表面之間(jian)(jian)弱相互(hu)(hu)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)限(xian)制(zhi)。理(li)想(xiang)的(de)(de)活(huo)性(xing)炭儲(chu)(chu)氫(qing)材(cai)料具(ju)有與(yu)(yu)吸附氫(qing)分子儲(chu)(chu)存相互(hu)(hu)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)高(gao)表面積。

　　因此(ci)，在(zai)本(ben)研究中，我(wo)們利用(yong)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)前(qian)體的類型(xing)與*終(zhong)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的性(xing)(xing)質之(zhi)間的關系來(lai)生(sheng)成一組具(ju)有(you)(you)高(gao)表面(mian)積、高(gao)水平(ping)微孔(kong)率、高(gao)氧(yang)含(han)量(liang)和相似孔(kong)徑的多孔(kong)碳。并研究了富氧(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的特性(xing)(xing)及其(qi)吸(xi)氫性(xing)(xing)能(neng)，并將其(qi)與其(qi)它材料進行了比較。為(wei)了探測表面(mian)氧(yang)對活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)氫吸(xi)收性(xing)(xing)能(neng)的影(ying)響(xiang)，我(wo)們設計了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)合成方(fang)法來(lai)生(sheng)成高(gao)氧(yang)含(han)量(liang)的材料。因此(ci)，我(wo)們使用(yong)醋酸纖維(wei)素，它被(bei)稱為(wei)CA(并且具(ju)有(you)(you)0.93的O/C原子比)作為(wei)起始材料，而不是(shi)0.83的O/C比纖維(wei)素。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富氧(yang)活性(xing)(xing)炭，石(shi)墨化(hua)水(shui)平(ping)(ping)低。活性(xing)(xing)炭顯示(shi)孔(kong)隙(xi)率主(zhu)要來自微(wei)(wei)孔(kong)高水(shui)平(ping)(ping)，用作儲氫材料是有(you)用的(de)(de)。利用氮吸附分析檢測(ce)活性(xing)(xing)炭的(de)(de)孔(kong)隙(xi)率。如圖1所(suo)示(shi)a所(suo)示(shi)。所(suo)有(you)三個樣(yang)品(pin)都顯示(shi)了通常從微(wei)(wei)孔(kong)材料中獲得的(de)(de)I型等(deng)(deng)溫(wen)線。活化(hua)溫(wen)度從6000開始℃變化(hua)到700℃，吸附氮量(liang)（碳中孔(kong)隙(xi)率）顯著(zhu)增(zeng)加(jia)，然(ran)后(hou)在(zai)800℃樣(yang)品(pin)下降。然(ran)而，等(deng)(deng)溫(wen)線的(de)(de)形狀(zhuang)幾(ji)乎沒有(you)變化(hua)，這(zhe)表明盡管孔(kong)隙(xi)率大大增(zeng)加(jia)，但仍(reng)保持微(wei)(wei)孔(kong)的(de)(de)水(shui)平(ping)(ping)。活性(xing)(xing)炭增(zeng)加(jia)的(de)(de)總(zong)孔(kong)隙(xi)率通常與等(deng)(deng)溫(wen)線形狀(zhuang)的(de)(de)變化(hua)有(you)關，特(te)別(bie)是加(jia)寬吸附。

　　活(huo)性炭的(de)孔(kong)隙率。活(huo)化(hua)碳標記為CA-4T，其(qi)中4是(shi)活(huo)化(hua)KOH/碳比，T是(shi)活(huo)化(hua)溫度。氮吸附(fu)等溫線(xian)(xian)顯示(a)以及相(xiang)應的(de)孔(kong)徑分布(bu)曲線(xian)(xian)(b)。

　　活(huo)性炭的氫儲存能力(li)

　　活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中的(de)(de)(de)(de)氫儲存需要具有(you)(you)*大(da)(da)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積和適當尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)孔(kong)。在(zai)-196和25℃使用(yong)(yong)重(zhong)量法HidenXEMIS在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)(de)壓力(li)范圍(wei)內研(yan)究活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)儲氫能(neng)力(li)。圖(tu)2顯示(shi)了活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在(zai)-196℃過(guo)量和總氫吸(xi)收(shou)(shou)(shou)等溫線。對于(yu)所有(you)(you)CA-4T氫吸(xi)收(shou)(shou)(shou)是(shi)可逆的(de)(de)(de)(de)，沒有(you)(you)滯后，在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)(de)壓力(li)范圍(wei)內沒有(you)(you)飽和。首先，我們(men)注意到1巴(ba)的(de)(de)(de)(de)氫吸(xi)收(shou)(shou)(shou)非常令(ling)人印象深刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)內。這種(zhong)(zhong)儲氫比任何在(zai)2-3重(zhong)量%范圍(wei)內的(de)(de)(de)(de)報告高(gao)得多。我們(men)將這種(zhong)(zhong)特(te)別(bie)高(gao)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)特(te)性(xing)歸因于(yu)非常高(gao)的(de)(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積和富(fu)氧表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)組合(he)，特(te)別(bie)是(shi)3.9重(zhong)量%的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)CA-4700。富(fu)氧表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)是(shi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)CA-4600，雖然(ran)總表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積和微(wei)孔(kong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)適中，但其吸(xi)收(shou)(shou)(shou)率(lv)仍遠高(gao)于(yu)以前發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)材料。研(yan)究發(fa)現(xian)，有(you)(you)氧官能(neng)團的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)效果預計在(zai)低壓下*大(da)(da)，氫與表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)用(yong)(yong)比在(zai)高(gao)壓下更重(zhong)要，氫通(tong)過(guo)空(kong)間填充(chong)機(ji)制更有(you)(you)可能(neng)被吸(xi)收(shou)(shou)(shou)。

　　-196℃過量的活性(xing)炭和(he)總氫吸收。

　　利用醋酸(suan)纖(xian)維(wei)素的水(shui)熱碳化產(chan)生(sheng)水(shui)合物(wu)，在活(huo)(huo)化過程中產(chan)生(sheng)富(fu)氧(yang)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)。這種活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)表觀(guan)面(mian)(mian)積(ji)(ji)很高，表面(mian)(mian)積(ji)(ji)大部分(fen)，微(wei)(wei)孔產(chan)生(sheng)率達到92%。活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)只有一小部分(fen)大于2納米的孔。通(tong)過IR和(he)(he)XPS氧(yang)官能團(tuan)已(yi)被證實(shi)(COOH，C-OH和(he)(he)O-C=O)的存在。與(yu)其(qi)他前(qian)體（如纖(xian)維(wei)素、木質素、鋸末、淀粉等(deng)）制成(cheng)的活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)進(jin)行比(bi)較分(fen)析，表明醋酸(suan)纖(xian)維(wei)素衍生(sheng)的活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)富(fu)含氧(yang)氣和(he)(he)高微(wei)(wei)孔。活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)在-196°C重量儲氫能力(li)增強(qiang)，高達8.1wt%(總吸(xi)收(shou))和(he)(he)7.0wt20巴(過度(du)吸(xi)收(shou))在30巴下升至(zhi)8.9wt%(總吸(xi)收(shou))和(he)(he)7.2wt%(過度(du)吸(xi)收(shou))。活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)在室溫下也表現出(chu)優異的氫吸(xi)收(shou)。這些(xie)足(zu)以證明富(fu)氧(yang)活(huo)(huo)性炭(tan)(tan)優秀的儲氫能力(li)。