富氧活性炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的(de)儲(chu)(chu)氫能力(li)已被廣泛研究用于(yu)儲(chu)(chu)氫，但(dan)到目(mu)前為(wei)止，它們的(de)儲(chu)(chu)存能力(li)似乎有(you)上限。在這里，為(wei)了(le)(le)避免這個上限，我們研究了(le)(le)富氧(yang)活性炭的(de)能力(li)。本文介紹了(le)(le)醋酸纖維素制成的(de)活性炭，結合各種優(you)點，具(ju)有(you)高表面積和孔(kong)隙(xi)體積，其自(zi)身(shen)孔(kong)隙(xi)幾(ji)乎完全具(ju)有(you)微(wei)孔(kong)特性(微(wei)孔(kong)含量(liang)超(chao)過90%)，具(ju)有(you)富氧(yang)特性。

　　氫(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)機動車(che)輛中的(de)(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，具(ju)有(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)引力，作(zuo)為(wei)(wei)氫(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)部分。與目前使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)化石燃(ran)料(liao)(liao)(liao)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)，氫(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)更有(you)利的(de)(de)(de)(de)(de)優勢，包(bao)括潛(qian)在的(de)(de)(de)(de)(de)可再(zai)生和對(dui)環境友(you)好性（氫(qing)(qing)燃(ran)燒或電(dian)化學氧(yang)化的(de)(de)(de)(de)(de)**副產品(pin)是(shi)水，這將減少CO2排放(fang))，以及具(ju)有(you)高重量能量密度。然(ran)而，氫(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)一(yi)(yi)種可行的(de)(de)(de)(de)(de)車(che)輛燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，在運輸(shu)和應用(yong)中存在一(yi)(yi)些問(wen)題(ti)。因此，儲(chu)存固體(ti)材料(liao)(liao)(liao)中的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)是(shi)更好地(di)使用(yong)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)(xi)收的(de)(de)(de)(de)(de)*重要因素是(shi)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)、孔體(ti)積(ji)和孔徑(jing)。特(te)別是(shi)儲(chu)存在活性炭(tan)氫(qing)(qing)量之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)鏈路。然(ran)而，儲(chu)存在活性炭(tan)中的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)量仍然(ran)受到(dao)分子氫(qing)(qing)與孔壁表(biao)(biao)面(mian)之間(jian)弱相(xiang)(xiang)(xiang)互作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)制。理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)活性炭(tan)儲(chu)氫(qing)(qing)材料(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)與吸(xi)(xi)(xi)附氫(qing)(qing)分子儲(chu)存相(xiang)(xiang)(xiang)互作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)高表(biao)(biao)面(mian)積(ji)。

　　因此，在本研究中(zhong)，我(wo)們利用活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭前體的(de)(de)類型與*終活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)質之間的(de)(de)關系(xi)來生成一組(zu)具(ju)有高(gao)表(biao)面積、高(gao)水平微孔(kong)率、高(gao)氧含量和相似(si)孔(kong)徑的(de)(de)多孔(kong)碳。并(bing)(bing)研究了富(fu)氧活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)及其(qi)(qi)吸氫性(xing)(xing)(xing)能，并(bing)(bing)將其(qi)(qi)與其(qi)(qi)它(ta)(ta)材(cai)(cai)料(liao)(liao)進行了比較。為了探(tan)測表(biao)面氧對(dui)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭氫吸收性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)影(ying)響，我(wo)們設計(ji)了活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭合成方法來生成高(gao)氧含量的(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。因此，我(wo)們使用醋酸纖維素，它(ta)(ta)被稱為CA(并(bing)(bing)且具(ju)有0.93的(de)(de)O/C原子比)作為起始材(cai)(cai)料(liao)(liao)，而不是0.83的(de)(de)O/C比纖維素。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)，石(shi)墨化(hua)(hua)水(shui)平低。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顯示(shi)孔(kong)隙率(lv)(lv)主要(yao)來自(zi)微孔(kong)高水(shui)平，用(yong)(yong)作儲氫材料(liao)是(shi)有(you)(you)用(yong)(yong)的。利用(yong)(yong)氮(dan)吸附分析檢測活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的孔(kong)隙率(lv)(lv)。如圖1所示(shi)a所示(shi)。所有(you)(you)三(san)個樣品都顯示(shi)了通常(chang)從(cong)(cong)微孔(kong)材料(liao)中獲得的I型等(deng)(deng)溫(wen)線(xian)。活(huo)(huo)化(hua)(hua)溫(wen)度(du)從(cong)(cong)6000開(kai)始℃變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)到700℃，吸附氮(dan)量(liang)（碳中孔(kong)隙率(lv)(lv)）顯著增加，然后在800℃樣品下降。然而(er)，等(deng)(deng)溫(wen)線(xian)的形狀(zhuang)幾乎沒有(you)(you)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)，這表明盡管孔(kong)隙率(lv)(lv)大大增加，但仍保(bao)持微孔(kong)的水(shui)平。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)增加的總(zong)孔(kong)隙率(lv)(lv)通常(chang)與等(deng)(deng)溫(wen)線(xian)形狀(zhuang)的變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)有(you)(you)關(guan)，特別是(shi)加寬吸附。

　　活(huo)(huo)性炭的(de)孔隙率。活(huo)(huo)化(hua)碳標記為CA-4T，其中4是(shi)活(huo)(huo)化(hua)KOH/碳比，T是(shi)活(huo)(huo)化(hua)溫(wen)度。氮吸附(fu)等溫(wen)線顯示(shi)(a)以(yi)及相應的(de)孔徑分布曲(qu)線(b)。

　　活(huo)性炭的氫儲(chu)存能力

　　活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)儲存需(xu)要具(ju)有(you)*大表(biao)面(mian)積(ji)和適當尺寸的(de)孔(kong)。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)-196和25℃使用重量法HidenXEMIS在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)0-30巴的(de)壓(ya)力(li)范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)研究活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)能力(li)。圖2顯示了活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)-196℃過量和總氫(qing)(qing)(qing)(qing)吸收等溫(wen)線。對(dui)于所有(you)CA-4T氫(qing)(qing)(qing)(qing)吸收是可逆(ni)的(de)，沒有(you)滯后，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)0-30巴的(de)壓(ya)力(li)范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)沒有(you)飽和。首先，我們(men)注意(yi)到(dao)1巴的(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)吸收非常令人印象深(shen)刻.1-3.9wt在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)%的(de)范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)。這種(zhong)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)比(bi)任何在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)2-3重量%范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)的(de)報告(gao)高得(de)多。我們(men)將這種(zhong)特別高的(de)吸收特性(xing)歸(gui)因于非常高的(de)微孔(kong)表(biao)面(mian)積(ji)和富(fu)氧(yang)表(biao)面(mian)的(de)組合，特別是3.9重量%的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)CA-4700。富(fu)氧(yang)表(biao)面(mian)的(de)作用是活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣品(pin)CA-4600，雖(sui)然總表(biao)面(mian)積(ji)和微孔(kong)表(biao)面(mian)適中，但其吸收率仍(reng)遠高于以前發(fa)現的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)材料。研究發(fa)現，有(you)氧(yang)官(guan)能團的(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)效果預計在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)低壓(ya)下(xia)*大，氫(qing)(qing)(qing)(qing)與表(biao)面(mian)的(de)相(xiang)互作用比(bi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)高壓(ya)下(xia)更重要，氫(qing)(qing)(qing)(qing)通過空間填(tian)充機制(zhi)更有(you)可能被吸收。

　　-196℃過量的活(huo)性炭和總氫吸(xi)收(shou)。

　　利(li)用醋酸纖(xian)維素的水熱碳化產生水合物，在(zai)活(huo)化過程中產生富氧活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)。這種活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)表(biao)觀面積(ji)很高(gao)，表(biao)面積(ji)大部分(fen)，微孔產生率(lv)達(da)到92%。活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)只有(you)一小部分(fen)大于2納(na)米的孔。通過IR和XPS氧官能(neng)(neng)團已(yi)被證(zheng)實(shi)(COOH，C-OH和O-C=O)的存在(zai)。與其他(ta)前體(ti)（如纖(xian)維素、木質(zhi)素、鋸(ju)末(mo)、淀粉(fen)等）制成的活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)進行比(bi)較分(fen)析，表(biao)明(ming)醋酸纖(xian)維素衍生的活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)富含氧氣和高(gao)微孔。活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)在(zai)-196°C重量儲氫(qing)能(neng)(neng)力(li)增(zeng)強(qiang)，高(gao)達(da)8.1wt%(總吸收(shou))和7.0wt20巴(ba)(過度吸收(shou))在(zai)30巴(ba)下升至8.9wt%(總吸收(shou))和7.2wt%(過度吸收(shou))。活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)在(zai)室溫(wen)下也表(biao)現出(chu)優異的氫(qing)吸收(shou)。這些足以證(zheng)明(ming)富氧活(huo)性炭(tan)(tan)(tan)優秀(xiu)的儲氫(qing)能(neng)(neng)力(li)。