富氧活(huo)性炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的儲(chu)氫能力(li)已被廣泛(fan)研究用于儲(chu)氫，但到(dao)目前為止，它們的儲(chu)存能力(li)似(si)乎有(you)上(shang)限(xian)。在這里，為了避免這個上(shang)限(xian)，我們研究了富氧活性(xing)(xing)炭的能力(li)。本文介紹了醋酸纖(xian)維素制成的活性(xing)(xing)炭，結合(he)各種優點，具有(you)高表面(mian)積和孔隙體積，其自(zi)身孔隙幾乎完全(quan)具有(you)微(wei)孔特性(xing)(xing)(微(wei)孔含量超過90%)，具有(you)富氧特性(xing)(xing)。

　　氫(qing)作(zuo)為機(ji)動車(che)輛中(zhong)的(de)(de)(de)汽油燃(ran)料，具(ju)有(you)(you)一(yi)定的(de)(de)(de)吸引力，作(zuo)為氫(qing)經濟的(de)(de)(de)一(yi)部(bu)分。與目(mu)前使用的(de)(de)(de)化石(shi)燃(ran)料相比，氫(qing)作(zuo)為燃(ran)料具(ju)有(you)(you)更有(you)(you)利的(de)(de)(de)優勢，包括潛在(zai)(zai)的(de)(de)(de)可再生和對環境(jing)友好(hao)性(xing)（氫(qing)燃(ran)燒或電化學氧(yang)化的(de)(de)(de)**副產品是(shi)水，這將減少(shao)CO2排(pai)放)，以及(ji)具(ju)有(you)(you)高重量(liang)(liang)能(neng)量(liang)(liang)密度。然(ran)而，氫(qing)作(zuo)為一(yi)種(zhong)可行的(de)(de)(de)車(che)輛燃(ran)料，在(zai)(zai)運輸和應用中(zhong)存(cun)(cun)在(zai)(zai)一(yi)些問題。因此(ci)，儲存(cun)(cun)固體材料中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)是(shi)更好(hao)地使用氫(qing)的(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)。氫(qing)吸收的(de)(de)(de)*重要因素是(shi)表面積、孔(kong)體積和孔(kong)徑。特別(bie)是(shi)儲存(cun)(cun)在(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭氫(qing)量(liang)(liang)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)鏈路。然(ran)而，儲存(cun)(cun)在(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)的(de)(de)(de)量(liang)(liang)仍然(ran)受到分子氫(qing)與孔(kong)壁(bi)表面之(zhi)間(jian)弱相互作(zuo)用的(de)(de)(de)限制。理想的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭儲氫(qing)材料具(ju)有(you)(you)與吸附氫(qing)分子儲存(cun)(cun)相互作(zuo)用的(de)(de)(de)高表面積。

　　因此，在本研(yan)究(jiu)中，我們(men)利用活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)前體的(de)類型與(yu)*終活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)性(xing)(xing)質之間的(de)關系來生成一組(zu)具有高表面積、高水平微孔(kong)率、高氧(yang)含量和相似孔(kong)徑的(de)多孔(kong)碳。并(bing)研(yan)究(jiu)了(le)富氧(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)特(te)性(xing)(xing)及其(qi)吸氫性(xing)(xing)能，并(bing)將(jiang)其(qi)與(yu)其(qi)它材料進行了(le)比較。為(wei)(wei)(wei)了(le)探(tan)測表面氧(yang)對活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)氫吸收(shou)性(xing)(xing)能的(de)影響，我們(men)設(she)計了(le)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)合(he)成方法來生成高氧(yang)含量的(de)材料。因此，我們(men)使用醋酸纖(xian)維(wei)(wei)素，它被稱為(wei)(wei)(wei)CA(并(bing)且(qie)具有0.93的(de)O/C原(yuan)子比)作為(wei)(wei)(wei)起始材料，而不是0.83的(de)O/C比纖(xian)維(wei)(wei)素。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)，石墨化(hua)(hua)水平低。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)顯示孔(kong)隙率主要來(lai)自微(wei)孔(kong)高水平，用(yong)(yong)作儲氫材(cai)料是(shi)有用(yong)(yong)的。利(li)用(yong)(yong)氮(dan)吸附(fu)分析檢(jian)測活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的孔(kong)隙率。如圖1所示a所示。所有三個樣品(pin)都顯示了通(tong)常(chang)從(cong)微(wei)孔(kong)材(cai)料中獲得的I型等(deng)溫線。活(huo)化(hua)(hua)溫度從(cong)6000開始℃變化(hua)(hua)到700℃，吸附(fu)氮(dan)量（碳(tan)中孔(kong)隙率）顯著增(zeng)(zeng)加，然后在800℃樣品(pin)下降。然而(er)，等(deng)溫線的形(xing)狀幾(ji)乎(hu)沒有變化(hua)(hua)，這(zhe)表明盡管孔(kong)隙率大大增(zeng)(zeng)加，但仍保持微(wei)孔(kong)的水平。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)增(zeng)(zeng)加的總孔(kong)隙率通(tong)常(chang)與等(deng)溫線形(xing)狀的變化(hua)(hua)有關，特別是(shi)加寬吸附(fu)。

　　活(huo)性(xing)炭(tan)的孔隙率。活(huo)化碳標記為(wei)CA-4T，其中4是活(huo)化KOH/碳比，T是活(huo)化溫度。氮吸附等溫線顯(xian)示(shi)(a)以及相應的孔徑分布曲線(b)。

　　活(huo)性炭的(de)氫儲存能力

　　活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲(chu)存(cun)需要具有(you)*大表面積(ji)和(he)適當尺(chi)寸的(de)(de)(de)孔。在(zai)-196和(he)25℃使用(yong)重(zhong)(zhong)量法HidenXEMIS在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)范圍(wei)內(nei)研(yan)究(jiu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲(chu)氫(qing)(qing)能(neng)(neng)力(li)。圖2顯示了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)-196℃過(guo)量和(he)總氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)等(deng)溫線。對于(yu)所有(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)是可逆的(de)(de)(de)，沒有(you)滯后，在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)范圍(wei)內(nei)沒有(you)飽和(he)。首先，我們注意到1巴(ba)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)非常(chang)令人印象深刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)(de)范圍(wei)內(nei)。這(zhe)種儲(chu)氫(qing)(qing)比任何(he)在(zai)2-3重(zhong)(zhong)量%范圍(wei)內(nei)的(de)(de)(de)報(bao)告高(gao)(gao)得多。我們將這(zhe)種特別高(gao)(gao)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)特性(xing)(xing)歸因于(yu)非常(chang)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)微(wei)孔表面積(ji)和(he)富氧表面的(de)(de)(de)組合，特別是3.9重(zhong)(zhong)量%的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)CA-4700。富氧表面的(de)(de)(de)作用(yong)是活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)CA-4600，雖(sui)然總表面積(ji)和(he)微(wei)孔表面適中，但其吸(xi)(xi)收(shou)率(lv)仍遠高(gao)(gao)于(yu)以前發現的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料。研(yan)究(jiu)發現，有(you)氧官能(neng)(neng)團的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)效果預(yu)計在(zai)低壓(ya)下*大，氫(qing)(qing)與表面的(de)(de)(de)相互作用(yong)比在(zai)高(gao)(gao)壓(ya)下更(geng)重(zhong)(zhong)要，氫(qing)(qing)通過(guo)空間填充機制更(geng)有(you)可能(neng)(neng)被吸(xi)(xi)收(shou)。

　　-196℃過(guo)量的活性(xing)炭(tan)和總(zong)氫(qing)吸收(shou)。

　　利(li)用醋(cu)酸(suan)(suan)纖維(wei)素的(de)(de)水熱碳化產生(sheng)水合物(wu)，在(zai)(zai)活(huo)化過(guo)程(cheng)中產生(sheng)富(fu)(fu)氧(yang)活(huo)性(xing)炭(tan)。這(zhe)種(zhong)活(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)觀面(mian)積(ji)很(hen)高，表(biao)面(mian)積(ji)大部(bu)分，微孔(kong)產生(sheng)率達(da)(da)到92%。活(huo)性(xing)炭(tan)只有一(yi)小部(bu)分大于(yu)2納米的(de)(de)孔(kong)。通過(guo)IR和(he)XPS氧(yang)官能團已被證實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)。與其(qi)他前體（如纖維(wei)素、木(mu)質素、鋸末、淀粉等）制成的(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)進行比較分析，表(biao)明醋(cu)酸(suan)(suan)纖維(wei)素衍生(sheng)的(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)富(fu)(fu)含(han)氧(yang)氣和(he)高微孔(kong)。活(huo)性(xing)炭(tan)在(zai)(zai)-196°C重量儲(chu)氫能力增強，高達(da)(da)8.1wt%(總吸收)和(he)7.0wt20巴(ba)(過(guo)度吸收)在(zai)(zai)30巴(ba)下升至8.9wt%(總吸收)和(he)7.2wt%(過(guo)度吸收)。活(huo)性(xing)炭(tan)在(zai)(zai)室溫下也表(biao)現出優(you)異的(de)(de)氫吸收。這(zhe)些足以證明富(fu)(fu)氧(yang)活(huo)性(xing)炭(tan)優(you)秀的(de)(de)儲(chu)氫能力。