富氧活性炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的(de)(de)儲(chu)氫(qing)能(neng)力已被廣泛研究用于儲(chu)氫(qing)，但(dan)到目前為(wei)止，它們(men)的(de)(de)儲(chu)存能(neng)力似乎(hu)有上(shang)限(xian)(xian)。在這(zhe)里(li)，為(wei)了(le)避免這(zhe)個上(shang)限(xian)(xian)，我們(men)研究了(le)富(fu)氧(yang)活性(xing)炭的(de)(de)能(neng)力。本(ben)文介紹了(le)醋酸纖維素制成的(de)(de)活性(xing)炭，結合各種優點(dian)，具(ju)有高表面積和孔(kong)隙體(ti)積，其(qi)自身孔(kong)隙幾(ji)乎(hu)完全具(ju)有微孔(kong)特(te)性(xing)(微孔(kong)含量超(chao)過90%)，具(ju)有富(fu)氧(yang)特(te)性(xing)。

　　氫(qing)(qing)作(zuo)為機(ji)動車輛中(zhong)(zhong)的(de)(de)汽(qi)油燃(ran)(ran)料(liao)(liao)，具(ju)(ju)(ju)有一(yi)定的(de)(de)吸(xi)引力，作(zuo)為氫(qing)(qing)經濟的(de)(de)一(yi)部分。與目(mu)前使用的(de)(de)化(hua)石燃(ran)(ran)料(liao)(liao)相比(bi)，氫(qing)(qing)作(zuo)為燃(ran)(ran)料(liao)(liao)具(ju)(ju)(ju)有更有利的(de)(de)優(you)勢，包(bao)括潛在(zai)(zai)的(de)(de)可再(zai)生和對環境友好性(xing)（氫(qing)(qing)燃(ran)(ran)燒或電化(hua)學氧化(hua)的(de)(de)**副(fu)產品是水，這(zhe)將減少(shao)CO2排放(fang))，以及具(ju)(ju)(ju)有高重(zhong)量能量密度(du)。然而，氫(qing)(qing)作(zuo)為一(yi)種可行的(de)(de)車輛燃(ran)(ran)料(liao)(liao)，在(zai)(zai)運輸和應用中(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)(zai)一(yi)些問題。因此，儲存(cun)固體材料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)氫(qing)(qing)是更好地使用氫(qing)(qing)的(de)(de)關鍵(jian)。氫(qing)(qing)吸(xi)收的(de)(de)*重(zhong)要因素(su)是表面(mian)積(ji)、孔體積(ji)和孔徑。特別是儲存(cun)在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭氫(qing)(qing)量之間的(de)(de)鏈路。然而，儲存(cun)在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭中(zhong)(zhong)的(de)(de)氫(qing)(qing)的(de)(de)量仍然受(shou)到分子氫(qing)(qing)與孔壁(bi)表面(mian)之間弱相互作(zuo)用的(de)(de)限制。理想的(de)(de)活(huo)性(xing)炭儲氫(qing)(qing)材料(liao)(liao)具(ju)(ju)(ju)有與吸(xi)附(fu)氫(qing)(qing)分子儲存(cun)相互作(zuo)用的(de)(de)高表面(mian)積(ji)。

　　因(yin)此(ci)，在本研究中，我(wo)們利用(yong)活性(xing)炭(tan)前體的(de)(de)類型與*終活性(xing)炭(tan)的(de)(de)性(xing)質之間的(de)(de)關系來生(sheng)成(cheng)一組具有高(gao)表面積、高(gao)水平微孔(kong)率、高(gao)氧(yang)(yang)含量(liang)和相似孔(kong)徑的(de)(de)多孔(kong)碳。并研究了(le)富氧(yang)(yang)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)特性(xing)及其吸(xi)氫(qing)性(xing)能，并將其與其它(ta)材(cai)料(liao)進行了(le)比(bi)較。為了(le)探測表面氧(yang)(yang)對活性(xing)炭(tan)氫(qing)吸(xi)收性(xing)能的(de)(de)影響，我(wo)們設計了(le)活性(xing)炭(tan)合成(cheng)方法來生(sheng)成(cheng)高(gao)氧(yang)(yang)含量(liang)的(de)(de)材(cai)料(liao)。因(yin)此(ci)，我(wo)們使用(yong)醋酸纖(xian)維(wei)素，它(ta)被(bei)稱(cheng)為CA(并且具有0.93的(de)(de)O/C原(yuan)子比(bi))作(zuo)為起始材(cai)料(liao)，而不是0.83的(de)(de)O/C比(bi)纖(xian)維(wei)素。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)，石(shi)墨(mo)化水(shui)平(ping)低。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)顯(xian)示(shi)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率主要(yao)來自微(wei)孔(kong)(kong)高水(shui)平(ping)，用作儲氫(qing)材料(liao)是有(you)用的。利用氮吸附分析檢測活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率。如圖1所示(shi)a所示(shi)。所有(you)三個樣(yang)品(pin)都顯(xian)示(shi)了(le)通(tong)常從微(wei)孔(kong)(kong)材料(liao)中(zhong)獲得的I型等(deng)溫線。活(huo)化溫度從6000開始℃變化到700℃，吸附氮量（碳中(zhong)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率）顯(xian)著(zhu)增加(jia)，然后在800℃樣(yang)品(pin)下降。然而，等(deng)溫線的形狀(zhuang)幾(ji)乎(hu)沒有(you)變化，這表明盡管孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率大大增加(jia)，但仍保持(chi)微(wei)孔(kong)(kong)的水(shui)平(ping)。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)增加(jia)的總孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率通(tong)常與等(deng)溫線形狀(zhuang)的變化有(you)關，特別是加(jia)寬(kuan)吸附。

　　活(huo)(huo)性炭的(de)孔(kong)隙率。活(huo)(huo)化(hua)碳(tan)標(biao)記為CA-4T，其中4是活(huo)(huo)化(hua)KOH/碳(tan)比，T是活(huo)(huo)化(hua)溫度(du)。氮吸(xi)附等溫線(xian)顯(xian)示(shi)(a)以及相應(ying)的(de)孔(kong)徑分布(bu)曲線(xian)(b)。

　　活(huo)性(xing)炭的氫儲存能力

　　活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)中的(de)(de)(de)氫(qing)儲存需要具有(you)(you)*大表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和適(shi)當尺寸的(de)(de)(de)孔(kong)。在(zai)-196和25℃使用(yong)重量(liang)法HidenXEMIS在(zai)0-30巴(ba)(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)圍內研究活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)儲氫(qing)能力。圖2顯示了活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)-196℃過量(liang)和總氫(qing)吸(xi)收等溫線。對于所有(you)(you)CA-4T氫(qing)吸(xi)收是(shi)(shi)(shi)可(ke)逆的(de)(de)(de)，沒有(you)(you)滯后(hou)，在(zai)0-30巴(ba)(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)圍內沒有(you)(you)飽和。首先(xian)，我(wo)們(men)注意到1巴(ba)(ba)的(de)(de)(de)氫(qing)吸(xi)收非常(chang)令(ling)人印象深刻(ke).1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)(de)范(fan)圍內。這(zhe)種儲氫(qing)比任何在(zai)2-3重量(liang)%范(fan)圍內的(de)(de)(de)報告高得多。我(wo)們(men)將這(zhe)種特(te)別高的(de)(de)(de)吸(xi)收特(te)性(xing)歸因于非常(chang)高的(de)(de)(de)微孔(kong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和富氧表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)組合，特(te)別是(shi)(shi)(shi)3.9重量(liang)%的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣(yang)品CA-4700。富氧表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)作用(yong)是(shi)(shi)(shi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣(yang)品CA-4600，雖(sui)然總表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和微孔(kong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)適(shi)中，但其吸(xi)收率仍遠高于以前發現的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)材料。研究發現，有(you)(you)氧官能團的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)效果預計在(zai)低(di)壓(ya)下*大，氫(qing)與表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)相互(hu)作用(yong)比在(zai)高壓(ya)下更(geng)重要，氫(qing)通過空間填(tian)充機制更(geng)有(you)(you)可(ke)能被吸(xi)收。

　　-196℃過量的活(huo)性炭和總氫(qing)吸收(shou)。

　　利用醋酸(suan)纖(xian)維素的(de)水熱碳化產(chan)生(sheng)(sheng)水合物，在(zai)(zai)(zai)活化過(guo)程中產(chan)生(sheng)(sheng)富氧(yang)(yang)(yang)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)。這種活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)表觀面(mian)積(ji)很高，表面(mian)積(ji)大部(bu)分，微孔產(chan)生(sheng)(sheng)率達(da)到92%。活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)只有一(yi)小部(bu)分大于2納(na)米的(de)孔。通過(guo)IR和XPS氧(yang)(yang)(yang)官能團(tuan)已被(bei)證實(shi)(COOH，C-OH和O-C=O)的(de)存(cun)在(zai)(zai)(zai)。與其他前體(ti)（如(ru)纖(xian)維素、木質素、鋸(ju)末、淀粉等）制成的(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)進行比較分析，表明醋酸(suan)纖(xian)維素衍(yan)生(sheng)(sheng)的(de)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)富含(han)氧(yang)(yang)(yang)氣和高微孔。活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)-196°C重量儲(chu)(chu)氫(qing)能力(li)(li)增強(qiang)，高達(da)8.1wt%(總(zong)(zong)吸(xi)(xi)收(shou)(shou))和7.0wt20巴(ba)(過(guo)度吸(xi)(xi)收(shou)(shou))在(zai)(zai)(zai)30巴(ba)下升至8.9wt%(總(zong)(zong)吸(xi)(xi)收(shou)(shou))和7.2wt%(過(guo)度吸(xi)(xi)收(shou)(shou))。活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)室溫下也表現出(chu)優(you)異的(de)氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)。這些足以證明富氧(yang)(yang)(yang)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)優(you)秀的(de)儲(chu)(chu)氫(qing)能力(li)(li)。