富氧(yang)活(huo)性炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的(de)(de)儲(chu)(chu)氫(qing)能力(li)已(yi)被廣(guang)泛研究(jiu)用于儲(chu)(chu)氫(qing)，但到目前為止，它們的(de)(de)儲(chu)(chu)存能力(li)似乎(hu)有(you)(you)上限。在這里，為了(le)(le)(le)避(bi)免(mian)這個上限，我們研究(jiu)了(le)(le)(le)富(fu)氧(yang)活(huo)性(xing)炭的(de)(de)能力(li)。本文介紹了(le)(le)(le)醋(cu)酸(suan)纖(xian)維素制成(cheng)的(de)(de)活(huo)性(xing)炭，結合各種(zhong)優點，具有(you)(you)高表面積(ji)和孔隙體積(ji)，其自(zi)身(shen)孔隙幾乎(hu)完全具有(you)(you)微孔特(te)性(xing)(微孔含(han)量超過90%)，具有(you)(you)富(fu)氧(yang)特(te)性(xing)。

　　氫(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)機動車(che)輛(liang)中(zhong)的(de)汽油燃料，具有一(yi)(yi)定的(de)吸(xi)引力，作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)氫(qing)(qing)經濟的(de)一(yi)(yi)部分(fen)。與目前(qian)使用(yong)的(de)化石(shi)燃料相比(bi)，氫(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)燃料具有更有利的(de)優勢，包括(kuo)潛在(zai)(zai)的(de)可再生和對環境友好性（氫(qing)(qing)燃燒或電化學氧化的(de)**副(fu)產品是水，這將(jiang)減少CO2排放)，以及具有高(gao)(gao)重量能量密(mi)度。然而，氫(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)一(yi)(yi)種可行的(de)車(che)輛(liang)燃料，在(zai)(zai)運輸和應用(yong)中(zhong)存(cun)(cun)(cun)在(zai)(zai)一(yi)(yi)些問題。因(yin)(yin)此，儲存(cun)(cun)(cun)固(gu)體材(cai)料中(zhong)的(de)氫(qing)(qing)是更好地使用(yong)氫(qing)(qing)的(de)關鍵。氫(qing)(qing)吸(xi)收的(de)*重要因(yin)(yin)素是表面積(ji)(ji)、孔體積(ji)(ji)和孔徑(jing)。特別是儲存(cun)(cun)(cun)在(zai)(zai)活(huo)性炭(tan)氫(qing)(qing)量之間的(de)鏈路。然而，儲存(cun)(cun)(cun)在(zai)(zai)活(huo)性炭(tan)中(zhong)的(de)氫(qing)(qing)的(de)量仍然受到(dao)分(fen)子氫(qing)(qing)與孔壁表面之間弱相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)限(xian)制(zhi)。理想的(de)活(huo)性炭(tan)儲氫(qing)(qing)材(cai)料具有與吸(xi)附氫(qing)(qing)分(fen)子儲存(cun)(cun)(cun)相互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)高(gao)(gao)表面積(ji)(ji)。

　　因此(ci)，在本研(yan)究中，我們利(li)用(yong)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)前體的(de)(de)類型與(yu)*終活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)之(zhi)間的(de)(de)關(guan)系(xi)來生成一組具(ju)有(you)高表面(mian)積、高水平微(wei)孔(kong)率(lv)、高氧(yang)含量和相(xiang)似孔(kong)徑的(de)(de)多(duo)孔(kong)碳。并(bing)(bing)研(yan)究了(le)富氧(yang)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)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(yu)其(qi)(qi)它(ta)材(cai)料(liao)進(jin)行了(le)比較。為(wei)了(le)探測表面(mian)氧(yang)對(dui)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氫吸收(shou)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)影響，我們設計(ji)了(le)活性(xing)(xing)(xing)炭(tan)合成方(fang)法(fa)來生成高氧(yang)含量的(de)(de)材(cai)料(liao)。因此(ci)，我們使用(yong)醋酸纖(xian)維素，它(ta)被稱(cheng)為(wei)CA(并(bing)(bing)且具(ju)有(you)0.93的(de)(de)O/C原子(zi)比)作為(wei)起始材(cai)料(liao)，而不是0.83的(de)(de)O/C比纖(xian)維素。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富氧活(huo)性炭(tan)，石墨化水(shui)(shui)平低。活(huo)性炭(tan)顯示(shi)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)主要來自微(wei)(wei)孔(kong)(kong)高水(shui)(shui)平，用(yong)作(zuo)儲氫材料(liao)是有(you)(you)用(yong)的(de)。利用(yong)氮(dan)(dan)吸附(fu)(fu)分析(xi)檢測(ce)活(huo)性炭(tan)的(de)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)。如圖1所(suo)示(shi)a所(suo)示(shi)。所(suo)有(you)(you)三個樣(yang)品(pin)都顯示(shi)了通(tong)常從微(wei)(wei)孔(kong)(kong)材料(liao)中(zhong)獲得的(de)I型等溫(wen)線(xian)。活(huo)化溫(wen)度從6000開(kai)始(shi)℃變(bian)化到(dao)700℃，吸附(fu)(fu)氮(dan)(dan)量(liang)（碳中(zhong)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)）顯著增(zeng)加，然(ran)后(hou)在800℃樣(yang)品(pin)下降。然(ran)而，等溫(wen)線(xian)的(de)形狀幾乎(hu)沒有(you)(you)變(bian)化，這(zhe)表(biao)明盡管(guan)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)大(da)大(da)增(zeng)加，但仍保持微(wei)(wei)孔(kong)(kong)的(de)水(shui)(shui)平。活(huo)性炭(tan)增(zeng)加的(de)總(zong)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)通(tong)常與(yu)等溫(wen)線(xian)形狀的(de)變(bian)化有(you)(you)關(guan)，特別是加寬(kuan)吸附(fu)(fu)。

　　活性炭的孔隙率(lv)。活化碳標(biao)記為CA-4T，其中4是(shi)活化KOH/碳比(bi)，T是(shi)活化溫度。氮吸附(fu)等溫線顯示(a)以及相應(ying)的孔徑分(fen)布曲線(b)。

　　活性炭的氫儲存能(neng)力

　　活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)中(zhong)的氫(qing)儲存需要(yao)具(ju)有(you)*大(da)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)和適當尺寸(cun)的孔。在(zai)(zai)-196和25℃使(shi)用(yong)重量法(fa)HidenXEMIS在(zai)(zai)0-30巴(ba)的壓(ya)力(li)范圍(wei)內研究活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的儲氫(qing)能力(li)。圖(tu)2顯(xian)示了活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)-196℃過(guo)量和總(zong)氫(qing)吸收等(deng)溫線。對(dui)于(yu)所有(you)CA-4T氫(qing)吸收是可逆(ni)的，沒(mei)有(you)滯后，在(zai)(zai)0-30巴(ba)的壓(ya)力(li)范圍(wei)內沒(mei)有(you)飽和。首(shou)先，我(wo)們(men)注意到(dao)1巴(ba)的氫(qing)吸收非(fei)常令人印象深刻.1-3.9wt在(zai)(zai)%的范圍(wei)內。這種儲氫(qing)比(bi)任何在(zai)(zai)2-3重量%范圍(wei)內的報告高得多。我(wo)們(men)將這種特(te)別高的吸收特(te)性(xing)歸因于(yu)非(fei)常高的微孔表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)和富(fu)氧表(biao)(biao)面(mian)的組(zu)合，特(te)別是3.9重量%的活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品CA-4700。富(fu)氧表(biao)(biao)面(mian)的作(zuo)用(yong)是活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品CA-4600，雖然總(zong)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)和微孔表(biao)(biao)面(mian)適中(zhong)，但(dan)其吸收率仍遠高于(yu)以前發現(xian)的活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)材(cai)料。研究發現(xian)，有(you)氧官能團的活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)效果預計(ji)在(zai)(zai)低壓(ya)下*大(da)，氫(qing)與表(biao)(biao)面(mian)的相互作(zuo)用(yong)比(bi)在(zai)(zai)高壓(ya)下更重要(yao)，氫(qing)通過(guo)空間填充機制更有(you)可能被吸收。

　　-196℃過(guo)量(liang)的活性炭(tan)和總氫吸收。

　　利(li)用(yong)醋(cu)酸纖維(wei)素(su)(su)的水熱碳化產生(sheng)(sheng)水合物，在(zai)活(huo)(huo)化過(guo)程中產生(sheng)(sheng)富(fu)(fu)氧活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。這種活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)(biao)觀面(mian)積很高(gao)(gao)，表(biao)(biao)面(mian)積大部分，微孔(kong)產生(sheng)(sheng)率達到92%。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)只(zhi)有一小(xiao)部分大于2納(na)米的孔(kong)。通過(guo)IR和(he)XPS氧官能團已被證實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的存在(zai)。與其他(ta)前(qian)體(ti)（如纖維(wei)素(su)(su)、木質素(su)(su)、鋸末(mo)、淀粉等）制成的活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)進(jin)行比較(jiao)分析，表(biao)(biao)明醋(cu)酸纖維(wei)素(su)(su)衍生(sheng)(sheng)的活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)富(fu)(fu)含(han)氧氣和(he)高(gao)(gao)微孔(kong)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)在(zai)-196°C重量儲(chu)(chu)氫(qing)能力增強，高(gao)(gao)達8.1wt%(總(zong)吸(xi)收)和(he)7.0wt20巴(過(guo)度(du)吸(xi)收)在(zai)30巴下(xia)升至8.9wt%(總(zong)吸(xi)收)和(he)7.2wt%(過(guo)度(du)吸(xi)收)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)在(zai)室(shi)溫下(xia)也表(biao)(biao)現出優(you)異的氫(qing)吸(xi)收。這些足以證明富(fu)(fu)氧活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)優(you)秀的儲(chu)(chu)氫(qing)能力。