富氧(yang)活性炭的儲氫能力(li)

　　富氧活性炭的(de)儲(chu)(chu)氫能力(li)已被廣泛研究用于儲(chu)(chu)氫，但到目前為(wei)止，它們的(de)儲(chu)(chu)存能力(li)似乎(hu)有上(shang)限(xian)。在這里(li)，為(wei)了(le)避(bi)免這個上(shang)限(xian)，我們研究了(le)富(fu)氧(yang)活性(xing)(xing)炭的(de)能力(li)。本文介紹了(le)醋酸纖維素制成的(de)活性(xing)(xing)炭，結合各種優點，具有高表面積和孔隙(xi)體積，其自身(shen)孔隙(xi)幾乎(hu)完全具有微孔特(te)性(xing)(xing)(微孔含量(liang)超過90%)，具有富(fu)氧(yang)特(te)性(xing)(xing)。

　　氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作為(wei)機(ji)動車輛中(zhong)的(de)(de)(de)汽(qi)油燃料(liao)(liao)，具(ju)有一定的(de)(de)(de)吸(xi)引(yin)力，作為(wei)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)一部分(fen)。與(yu)目前使(shi)用的(de)(de)(de)化(hua)石燃料(liao)(liao)相(xiang)比，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作為(wei)燃料(liao)(liao)具(ju)有更有利的(de)(de)(de)優(you)勢，包括潛在(zai)(zai)(zai)的(de)(de)(de)可(ke)再生和對環境友好(hao)性（氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)燃燒(shao)或電(dian)化(hua)學氧(yang)化(hua)的(de)(de)(de)**副產品是水，這將減少(shao)CO2排放)，以(yi)及具(ju)有高重量(liang)能量(liang)密度。然而，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作為(wei)一種可(ke)行的(de)(de)(de)車輛燃料(liao)(liao)，在(zai)(zai)(zai)運輸和應用中(zhong)存在(zai)(zai)(zai)一些(xie)問題。因此，儲存固體(ti)材(cai)料(liao)(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)是更好(hao)地(di)使(shi)用氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)關(guan)鍵。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)吸(xi)收的(de)(de)(de)*重要因素是表面(mian)(mian)積(ji)、孔體(ti)積(ji)和孔徑。特別(bie)是儲存在(zai)(zai)(zai)活性炭氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)量(liang)之間(jian)的(de)(de)(de)鏈路(lu)。然而，儲存在(zai)(zai)(zai)活性炭中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)量(liang)仍然受到分(fen)子(zi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)與(yu)孔壁表面(mian)(mian)之間(jian)弱相(xiang)互作用的(de)(de)(de)限制。理想的(de)(de)(de)活性炭儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)材(cai)料(liao)(liao)具(ju)有與(yu)吸(xi)附氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分(fen)子(zi)儲存相(xiang)互作用的(de)(de)(de)高表面(mian)(mian)積(ji)。

　　因(yin)此，在本研究(jiu)(jiu)中(zhong)，我(wo)們利用(yong)(yong)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)前體(ti)的(de)(de)(de)類型(xing)與*終活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)質之間的(de)(de)(de)關系來(lai)生成一(yi)組(zu)具有高(gao)(gao)表(biao)面(mian)積、高(gao)(gao)水平微孔(kong)率(lv)、高(gao)(gao)氧含量和相似孔(kong)徑(jing)的(de)(de)(de)多孔(kong)碳。并(bing)研究(jiu)(jiu)了富(fu)氧活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)及其吸(xi)(xi)氫性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能，并(bing)將其與其它材(cai)(cai)料進(jin)行了比(bi)較。為(wei)(wei)了探測表(biao)面(mian)氧對活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)氫吸(xi)(xi)收性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影響，我(wo)們設計(ji)了活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)合成方法來(lai)生成高(gao)(gao)氧含量的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料。因(yin)此，我(wo)們使用(yong)(yong)醋(cu)酸纖(xian)維素，它被稱為(wei)(wei)CA(并(bing)且具有0.93的(de)(de)(de)O/C原子比(bi))作為(wei)(wei)起始材(cai)(cai)料，而不是0.83的(de)(de)(de)O/C比(bi)纖(xian)維素。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活性炭，石墨化(hua)水平(ping)低。活性炭顯(xian)示(shi)孔(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)主要來自微孔(kong)高水平(ping)，用(yong)作儲氫材(cai)料是有(you)用(yong)的(de)。利用(yong)氮(dan)吸附(fu)分析檢測(ce)活性炭的(de)孔(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)。如圖1所(suo)示(shi)a所(suo)示(shi)。所(suo)有(you)三個(ge)樣品都顯(xian)示(shi)了通常(chang)從微孔(kong)材(cai)料中獲得的(de)I型等溫(wen)線(xian)。活化(hua)溫(wen)度(du)從6000開始℃變化(hua)到700℃，吸附(fu)氮(dan)量（碳中孔(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)）顯(xian)著增加，然后(hou)在800℃樣品下降。然而(er)，等溫(wen)線(xian)的(de)形狀(zhuang)幾乎沒有(you)變化(hua)，這表(biao)明盡(jin)管(guan)孔(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)大(da)大(da)增加，但仍保持微孔(kong)的(de)水平(ping)。活性炭增加的(de)總孔(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)通常(chang)與等溫(wen)線(xian)形狀(zhuang)的(de)變化(hua)有(you)關，特別是加寬吸附(fu)。

　　活(huo)性炭的孔隙(xi)率。活(huo)化(hua)碳標(biao)記為(wei)CA-4T，其中4是活(huo)化(hua)KOH/碳比，T是活(huo)化(hua)溫度。氮(dan)吸附等溫線(xian)(xian)顯示(a)以及相應的孔徑(jing)分布曲(qu)線(xian)(xian)(b)。

　　活性(xing)炭的氫儲存能力

　　活(huo)性炭中(zhong)的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)儲存需(xu)要具有(you)(you)*大表面(mian)積(ji)和(he)(he)適(shi)當尺寸的(de)(de)孔。在(zai)-196和(he)(he)25℃使用(yong)(yong)(yong)重(zhong)量(liang)法HidenXEMIS在(zai)0-30巴的(de)(de)壓(ya)力(li)(li)范圍(wei)(wei)內(nei)研究(jiu)活(huo)性炭的(de)(de)儲氫(qing)(qing)(qing)能(neng)力(li)(li)。圖2顯示了活(huo)性炭在(zai)-196℃過量(liang)和(he)(he)總(zong)氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)等溫線。對于(yu)所有(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)是(shi)可逆的(de)(de)，沒(mei)(mei)有(you)(you)滯后(hou)，在(zai)0-30巴的(de)(de)壓(ya)力(li)(li)范圍(wei)(wei)內(nei)沒(mei)(mei)有(you)(you)飽(bao)和(he)(he)。首先，我(wo)(wo)們(men)注意到1巴的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)非(fei)常令人印(yin)象深刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)范圍(wei)(wei)內(nei)。這種儲氫(qing)(qing)(qing)比(bi)任何(he)在(zai)2-3重(zhong)量(liang)%范圍(wei)(wei)內(nei)的(de)(de)報告高(gao)得多(duo)。我(wo)(wo)們(men)將這種特(te)別(bie)高(gao)的(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)特(te)性歸因于(yu)非(fei)常高(gao)的(de)(de)微孔表面(mian)積(ji)和(he)(he)富氧(yang)表面(mian)的(de)(de)組(zu)合，特(te)別(bie)是(shi)3.9重(zhong)量(liang)%的(de)(de)活(huo)性炭樣品CA-4700。富氧(yang)表面(mian)的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)是(shi)活(huo)性炭樣品CA-4600，雖(sui)然總(zong)表面(mian)積(ji)和(he)(he)微孔表面(mian)適(shi)中(zhong)，但其吸(xi)(xi)收(shou)(shou)率(lv)仍遠高(gao)于(yu)以前發(fa)現的(de)(de)活(huo)性炭材料。研究(jiu)發(fa)現，有(you)(you)氧(yang)官能(neng)團的(de)(de)活(huo)性炭效果預計在(zai)低壓(ya)下*大，氫(qing)(qing)(qing)與表面(mian)的(de)(de)相互作用(yong)(yong)(yong)比(bi)在(zai)高(gao)壓(ya)下更重(zhong)要，氫(qing)(qing)(qing)通過空(kong)間填充機制更有(you)(you)可能(neng)被吸(xi)(xi)收(shou)(shou)。

　　-196℃過(guo)量的活性(xing)炭和總氫(qing)吸收(shou)。

　　利用(yong)醋(cu)酸纖維素的(de)(de)(de)水熱(re)碳化產生(sheng)水合物，在(zai)(zai)(zai)活(huo)(huo)化過程中產生(sheng)富氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。這種活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)觀面積很高，表(biao)面積大部分(fen)，微孔(kong)(kong)產生(sheng)率(lv)達到92%。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)只有一小部分(fen)大于2納(na)米的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)。通過IR和XPS氧(yang)官能(neng)(neng)團已(yi)被證(zheng)實(COOH，C-OH和O-C=O)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)(zai)。與其他前(qian)體（如纖維素、木(mu)質(zhi)素、鋸末、淀粉等）制成的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)進行比較分(fen)析，表(biao)明醋(cu)酸纖維素衍生(sheng)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)富含氧(yang)氣和高微孔(kong)(kong)。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)(zai)-196°C重(zhong)量儲氫能(neng)(neng)力增強，高達8.1wt%(總(zong)吸(xi)收)和7.0wt20巴(過度吸(xi)收)在(zai)(zai)(zai)30巴下升至8.9wt%(總(zong)吸(xi)收)和7.2wt%(過度吸(xi)收)。活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)(zai)室溫下也表(biao)現出優異(yi)的(de)(de)(de)氫吸(xi)收。這些足(zu)以證(zheng)明富氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)優秀的(de)(de)(de)儲氫能(neng)(neng)力。