富氧活性炭的儲氫能力(li)

　　富氧活性炭的儲氫(qing)能力(li)已被廣泛研究(jiu)用于儲氫(qing)，但(dan)到目前為(wei)止(zhi)，它們(men)的儲存(cun)能力(li)似乎有(you)上限。在(zai)這(zhe)里，為(wei)了(le)避免這(zhe)個(ge)上限，我(wo)們(men)研究(jiu)了(le)富氧活性(xing)(xing)炭的能力(li)。本文介紹了(le)醋酸纖維素制成的活性(xing)(xing)炭，結合各種優點(dian)，具有(you)高表(biao)面積和孔(kong)隙(xi)體(ti)積，其自身孔(kong)隙(xi)幾(ji)乎完全具有(you)微孔(kong)特(te)性(xing)(xing)(微孔(kong)含量(liang)超過90%)，具有(you)富氧特(te)性(xing)(xing)。

　　氫(qing)(qing)(qing)(qing)作為機動車輛中的(de)(de)汽油燃(ran)料(liao)，具有(you)(you)一(yi)定的(de)(de)吸引力，作為氫(qing)(qing)(qing)(qing)經濟(ji)的(de)(de)一(yi)部分。與目前使(shi)用的(de)(de)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)相(xiang)比，氫(qing)(qing)(qing)(qing)作為燃(ran)料(liao)具有(you)(you)更有(you)(you)利的(de)(de)優勢，包括潛在(zai)的(de)(de)可再(zai)生和對環境(jing)友好(hao)(hao)性(xing)（氫(qing)(qing)(qing)(qing)燃(ran)燒或電化(hua)學氧(yang)化(hua)的(de)(de)**副產(chan)品是(shi)(shi)(shi)水，這將減少CO2排放)，以及(ji)具有(you)(you)高重量(liang)(liang)能量(liang)(liang)密度。然而，氫(qing)(qing)(qing)(qing)作為一(yi)種可行(xing)的(de)(de)車輛燃(ran)料(liao)，在(zai)運輸和應用中存(cun)在(zai)一(yi)些問題。因此，儲(chu)(chu)(chu)存(cun)固(gu)體材料(liao)中的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)(shi)(shi)更好(hao)(hao)地使(shi)用氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)(qing)(qing)吸收的(de)(de)*重要因素(su)是(shi)(shi)(shi)表面(mian)積(ji)(ji)、孔體積(ji)(ji)和孔徑。特別是(shi)(shi)(shi)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)在(zai)活性(xing)炭(tan)氫(qing)(qing)(qing)(qing)量(liang)(liang)之間的(de)(de)鏈路。然而，儲(chu)(chu)(chu)存(cun)在(zai)活性(xing)炭(tan)中的(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)量(liang)(liang)仍然受(shou)到分子氫(qing)(qing)(qing)(qing)與孔壁表面(mian)之間弱相(xiang)互作用的(de)(de)限(xian)制(zhi)。理想的(de)(de)活性(xing)炭(tan)儲(chu)(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)材料(liao)具有(you)(you)與吸附氫(qing)(qing)(qing)(qing)分子儲(chu)(chu)(chu)存(cun)相(xiang)互作用的(de)(de)高表面(mian)積(ji)(ji)。

　　因此(ci)，在本研究(jiu)中，我(wo)們(men)利用活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)前體的(de)類型與*終(zhong)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)性(xing)(xing)質之間(jian)的(de)關系來生成一組(zu)具(ju)有高(gao)表面積、高(gao)水平微孔率(lv)、高(gao)氧(yang)含(han)(han)量和相(xiang)似孔徑的(de)多孔碳。并(bing)研究(jiu)了(le)富(fu)氧(yang)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)特性(xing)(xing)及其吸(xi)氫性(xing)(xing)能，并(bing)將其與其它材料(liao)進行了(le)比較。為了(le)探測表面氧(yang)對活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)氫吸(xi)收性(xing)(xing)能的(de)影(ying)響(xiang)，我(wo)們(men)設計了(le)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)合成方法來生成高(gao)氧(yang)含(han)(han)量的(de)材料(liao)。因此(ci)，我(wo)們(men)使用醋酸纖(xian)維素(su)，它被稱為CA(并(bing)且具(ju)有0.93的(de)O/C原(yuan)子比)作為起(qi)始材料(liao)，而不是0.83的(de)O/C比纖(xian)維素(su)。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活(huo)性(xing)炭(tan)，石墨化(hua)水平低。活(huo)性(xing)炭(tan)顯(xian)示(shi)孔隙率主要來自(zi)微(wei)孔高水平，用作儲氫材料是(shi)有(you)用的。利用氮吸附(fu)分析檢測活(huo)性(xing)炭(tan)的孔隙率。如圖(tu)1所示(shi)a所示(shi)。所有(you)三個(ge)樣品(pin)都(dou)顯(xian)示(shi)了通常從(cong)微(wei)孔材料中獲得的I型等溫線。活(huo)化(hua)溫度從(cong)6000開(kai)始℃變(bian)化(hua)到(dao)700℃，吸附(fu)氮量（碳中孔隙率）顯(xian)著增加(jia)(jia)，然后在800℃樣品(pin)下(xia)降。然而(er)，等溫線的形狀幾(ji)乎沒有(you)變(bian)化(hua)，這表(biao)明盡管(guan)孔隙率大(da)大(da)增加(jia)(jia)，但仍保持微(wei)孔的水平。活(huo)性(xing)炭(tan)增加(jia)(jia)的總孔隙率通常與等溫線形狀的變(bian)化(hua)有(you)關，特別是(shi)加(jia)(jia)寬吸附(fu)。

　　活性(xing)炭的(de)(de)孔隙率。活化(hua)碳標(biao)記為CA-4T，其中4是活化(hua)KOH/碳比，T是活化(hua)溫度。氮吸附等溫線(xian)顯(xian)示(a)以(yi)及相應(ying)的(de)(de)孔徑(jing)分(fen)布曲線(xian)(b)。

　　活性(xing)炭的(de)氫儲存能力

　　活性炭(tan)(tan)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲(chu)存需要(yao)具(ju)有(you)(you)*大表(biao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)和適(shi)當尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)。在(zai)(zai)-196和25℃使用重量(liang)法HidenXEMIS在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓力(li)(li)范(fan)圍(wei)內(nei)(nei)研究活性炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)儲(chu)氫(qing)(qing)能力(li)(li)。圖2顯(xian)示了活性炭(tan)(tan)在(zai)(zai)-196℃過量(liang)和總氫(qing)(qing)吸收(shou)等溫(wen)線。對于(yu)所有(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸收(shou)是(shi)可逆(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，沒(mei)有(you)(you)滯后，在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓力(li)(li)范(fan)圍(wei)內(nei)(nei)沒(mei)有(you)(you)飽和。首先(xian)，我(wo)們注意到1巴的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸收(shou)非常(chang)令(ling)人印象深刻.1-3.9wt在(zai)(zai)%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)(nei)。這種儲(chu)氫(qing)(qing)比(bi)任何(he)在(zai)(zai)2-3重量(liang)%范(fan)圍(wei)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)報告高(gao)(gao)得多。我(wo)們將(jiang)這種特(te)別(bie)(bie)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸收(shou)特(te)性歸因于(yu)非常(chang)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)和富氧表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組(zu)合，特(te)別(bie)(bie)是(shi)3.9重量(liang)%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性炭(tan)(tan)樣(yang)品CA-4700。富氧表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用是(shi)活性炭(tan)(tan)樣(yang)品CA-4600，雖然總表(biao)面(mian)(mian)積(ji)(ji)和微(wei)孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)適(shi)中，但其吸收(shou)率(lv)仍遠高(gao)(gao)于(yu)以前發(fa)現的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性炭(tan)(tan)材料。研究發(fa)現，有(you)(you)氧官能團的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性炭(tan)(tan)效果預(yu)計(ji)在(zai)(zai)低壓下*大，氫(qing)(qing)與表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相互作用比(bi)在(zai)(zai)高(gao)(gao)壓下更(geng)重要(yao)，氫(qing)(qing)通過空間填充(chong)機制更(geng)有(you)(you)可能被吸收(shou)。

　　-196℃過量(liang)的活性(xing)炭和總氫吸收。

　　利用醋(cu)酸纖維(wei)(wei)素(su)(su)的(de)水(shui)熱碳化產(chan)生(sheng)水(shui)合物，在(zai)活化過(guo)程中(zhong)產(chan)生(sheng)富氧活性(xing)炭(tan)。這種(zhong)活性(xing)炭(tan)表(biao)觀面積(ji)很(hen)高，表(biao)面積(ji)大部分(fen)，微(wei)(wei)孔產(chan)生(sheng)率達到(dao)92%。活性(xing)炭(tan)只有一小部分(fen)大于2納米(mi)的(de)孔。通過(guo)IR和(he)XPS氧官(guan)能(neng)團(tuan)已被證實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的(de)存(cun)在(zai)。與其(qi)他前(qian)體（如纖維(wei)(wei)素(su)(su)、木質素(su)(su)、鋸末、淀粉等）制(zhi)成的(de)活性(xing)炭(tan)進行比較(jiao)分(fen)析，表(biao)明醋(cu)酸纖維(wei)(wei)素(su)(su)衍生(sheng)的(de)活性(xing)炭(tan)富含(han)氧氣和(he)高微(wei)(wei)孔。活性(xing)炭(tan)在(zai)-196°C重量儲(chu)氫能(neng)力增強(qiang)，高達8.1wt%(總吸收)和(he)7.0wt20巴(ba)(過(guo)度(du)吸收)在(zai)30巴(ba)下升至8.9wt%(總吸收)和(he)7.2wt%(過(guo)度(du)吸收)。活性(xing)炭(tan)在(zai)室溫下也表(biao)現(xian)出(chu)優異的(de)氫吸收。這些(xie)足以證明富氧活性(xing)炭(tan)優秀的(de)儲(chu)氫能(neng)力。