富(fu)氧活性炭(tan)的(de)儲(chu)氫(qing)能力

　　富氧活性炭的(de)(de)儲(chu)氫能力(li)(li)已被廣泛研究用于儲(chu)氫，但到目前(qian)為(wei)止，它們的(de)(de)儲(chu)存能力(li)(li)似(si)乎有(you)(you)上限(xian)(xian)。在這里，為(wei)了(le)避(bi)免這個上限(xian)(xian)，我們研究了(le)富氧活(huo)性炭(tan)的(de)(de)能力(li)(li)。本文(wen)介紹了(le)醋(cu)酸纖維素制(zhi)成的(de)(de)活(huo)性炭(tan)，結合各種優點，具(ju)有(you)(you)高(gao)表(biao)面積(ji)(ji)和孔隙體積(ji)(ji)，其(qi)自身孔隙幾乎完全具(ju)有(you)(you)微孔特(te)性(微孔含量超過(guo)90%)，具(ju)有(you)(you)富氧特(te)性。

　　氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)機動車輛中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)(ran)料(liao)，具(ju)有(you)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)引力，作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)氫(qing)(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)部分。與目前使(shi)(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化石燃(ran)(ran)料(liao)相比，氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)燃(ran)(ran)料(liao)具(ju)有(you)更有(you)利(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢(shi)，包括潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)再(zai)生和對環(huan)境友好性(xing)（氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)(ran)燒或電化學氧化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)**副產(chan)品是水，這將減少(shao)CO2排放(fang))，以及具(ju)有(you)高重量能量密(mi)度。然而(er)，氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)一(yi)(yi)種可(ke)行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)車輛燃(ran)(ran)料(liao)，在(zai)運輸(shu)和應(ying)用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)存在(zai)一(yi)(yi)些問題(ti)。因此，儲(chu)(chu)存固體(ti)(ti)材(cai)料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)是更好地使(shi)(shi)用(yong)(yong)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)*重要因素是表(biao)面積、孔體(ti)(ti)積和孔徑。特別是儲(chu)(chu)存在(zai)活性(xing)炭氫(qing)(qing)(qing)量之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鏈(lian)路。然而(er)，儲(chu)(chu)存在(zai)活性(xing)炭中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量仍然受到分子氫(qing)(qing)(qing)與孔壁(bi)表(biao)面之(zhi)間(jian)弱相互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)限制。理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)炭儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)與吸(xi)附氫(qing)(qing)(qing)分子儲(chu)(chu)存相互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高表(biao)面積。

　　因(yin)此(ci)，在(zai)本研究中，我們(men)利用活(huo)性(xing)炭前體的(de)類型與(yu)*終(zhong)活(huo)性(xing)炭的(de)性(xing)質之間的(de)關系來生(sheng)(sheng)成(cheng)一組(zu)具有(you)高(gao)表面(mian)積、高(gao)水平微孔率、高(gao)氧(yang)含(han)量(liang)和相似孔徑的(de)多(duo)孔碳。并(bing)研究了富氧(yang)活(huo)性(xing)炭的(de)特性(xing)及其吸氫性(xing)能(neng)，并(bing)將其與(yu)其它材(cai)料進行了比(bi)較。為了探測表面(mian)氧(yang)對(dui)活(huo)性(xing)炭氫吸收性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響，我們(men)設計(ji)了活(huo)性(xing)炭合成(cheng)方(fang)法來生(sheng)(sheng)成(cheng)高(gao)氧(yang)含(han)量(liang)的(de)材(cai)料。因(yin)此(ci)，我們(men)使用醋酸(suan)纖(xian)維素，它被稱為CA(并(bing)且具有(you)0.93的(de)O/C原子(zi)比(bi))作為起始材(cai)料，而不是(shi)0.83的(de)O/C比(bi)纖(xian)維素。

　　多孔活性炭

　　合成富氧(yang)活性(xing)炭，石(shi)墨(mo)化(hua)水平(ping)低(di)。活性(xing)炭顯示孔隙(xi)(xi)率主要來自微(wei)孔高水平(ping)，用作儲氫材料是有(you)用的(de)。利(li)用氮吸(xi)附分析檢(jian)測活性(xing)炭的(de)孔隙(xi)(xi)率。如(ru)圖1所示a所示。所有(you)三個樣(yang)品(pin)都顯示了通常從微(wei)孔材料中獲(huo)得的(de)I型等(deng)溫線。活化(hua)溫度從6000開(kai)始(shi)℃變(bian)化(hua)到700℃，吸(xi)附氮量(liang)（碳(tan)中孔隙(xi)(xi)率）顯著增加，然后在(zai)800℃樣(yang)品(pin)下降(jiang)。然而，等(deng)溫線的(de)形(xing)狀幾乎(hu)沒有(you)變(bian)化(hua)，這表明(ming)盡管孔隙(xi)(xi)率大大增加，但(dan)仍(reng)保持微(wei)孔的(de)水平(ping)。活性(xing)炭增加的(de)總(zong)孔隙(xi)(xi)率通常與等(deng)溫線形(xing)狀的(de)變(bian)化(hua)有(you)關，特別是加寬吸(xi)附。

　　活(huo)(huo)性炭的孔隙率。活(huo)(huo)化(hua)(hua)碳標記(ji)為(wei)CA-4T，其中4是活(huo)(huo)化(hua)(hua)KOH/碳比，T是活(huo)(huo)化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度。氮(dan)吸附(fu)等溫(wen)(wen)線顯示(a)以及相應(ying)的孔徑分布(bu)曲線(b)。

　　活性炭的氫儲(chu)存能力

　　活(huo)(huo)性(xing)炭中的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲存需(xu)要(yao)具有(you)(you)*大表(biao)面(mian)(mian)(mian)積和適當尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)孔(kong)。在-196和25℃使(shi)用重量法HidenXEMIS在0-30巴(ba)(ba)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)圍內(nei)研究(jiu)活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)(de)(de)儲氫(qing)(qing)能(neng)力。圖2顯示了活(huo)(huo)性(xing)炭在-196℃過量和總氫(qing)(qing)吸收(shou)(shou)等溫(wen)線(xian)。對于(yu)所有(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸收(shou)(shou)是可(ke)逆的(de)(de)(de)(de)，沒(mei)有(you)(you)滯后，在0-30巴(ba)(ba)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)圍內(nei)沒(mei)有(you)(you)飽(bao)和。首先，我們(men)注意到(dao)1巴(ba)(ba)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸收(shou)(shou)非常令(ling)人印象(xiang)深(shen)刻.1-3.9wt在%的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍內(nei)。這種儲氫(qing)(qing)比(bi)任何在2-3重量%范(fan)圍內(nei)的(de)(de)(de)(de)報告(gao)高得多(duo)。我們(men)將這種特別高的(de)(de)(de)(de)吸收(shou)(shou)特性(xing)歸因于(yu)非常高的(de)(de)(de)(de)微孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)(mian)積和富(fu)氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)組合(he)，特別是3.9重量%的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭樣品CA-4700。富(fu)氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用是活(huo)(huo)性(xing)炭樣品CA-4600，雖然總表(biao)面(mian)(mian)(mian)積和微孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)(mian)適中，但其吸收(shou)(shou)率仍遠高于(yu)以前發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭材料。研究(jiu)發(fa)現(xian)，有(you)(you)氧(yang)官能(neng)團的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭效果預計在低壓(ya)下(xia)*大，氫(qing)(qing)與表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)(zuo)用比(bi)在高壓(ya)下(xia)更(geng)重要(yao)，氫(qing)(qing)通過空間填充機(ji)制更(geng)有(you)(you)可(ke)能(neng)被吸收(shou)(shou)。

　　-196℃過(guo)量(liang)的活(huo)性炭和總(zong)氫吸收。

　　利用醋(cu)酸纖(xian)維素的(de)水熱碳化產生水合物，在(zai)(zai)活(huo)(huo)(huo)化過(guo)程(cheng)中產生富氧(yang)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。這種(zhong)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表(biao)(biao)觀(guan)面積很高(gao)(gao)，表(biao)(biao)面積大部分(fen)，微孔產生率(lv)達(da)到92%。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)只有一(yi)小部分(fen)大于2納(na)米的(de)孔。通(tong)過(guo)IR和(he)(he)XPS氧(yang)官能(neng)團(tuan)已被證實(COOH，C-OH和(he)(he)O-C=O)的(de)存在(zai)(zai)。與其(qi)他(ta)前體（如纖(xian)維素、木(mu)質素、鋸(ju)末、淀(dian)粉等）制成(cheng)的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)進行比較分(fen)析(xi)，表(biao)(biao)明醋(cu)酸纖(xian)維素衍(yan)生的(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)富含氧(yang)氣(qi)和(he)(he)高(gao)(gao)微孔。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)-196°C重量(liang)儲(chu)氫(qing)能(neng)力增強，高(gao)(gao)達(da)8.1wt%(總吸(xi)收)和(he)(he)7.0wt20巴(ba)(過(guo)度(du)吸(xi)收)在(zai)(zai)30巴(ba)下升至8.9wt%(總吸(xi)收)和(he)(he)7.2wt%(過(guo)度(du)吸(xi)收)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)室溫下也表(biao)(biao)現(xian)出(chu)優異的(de)氫(qing)吸(xi)收。這些足以證明富氧(yang)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)優秀的(de)儲(chu)氫(qing)能(neng)力。