富(fu)氧活性(xing)炭的(de)儲氫能(neng)力

　　富氧活性炭的(de)儲(chu)氫能(neng)力已被廣泛研究用于儲(chu)氫，但到目前為止，它(ta)們的(de)儲(chu)存能(neng)力似乎(hu)有(you)上限。在這(zhe)里，為了(le)避免這(zhe)個上限，我們研究了(le)富(fu)氧活性(xing)炭的(de)能(neng)力。本(ben)文介紹了(le)醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素制成的(de)活性(xing)炭，結(jie)合各種優點，具(ju)有(you)高表面積和(he)孔隙體(ti)積，其自身孔隙幾乎(hu)完(wan)全具(ju)有(you)微孔特性(xing)(微孔含量超(chao)過90%)，具(ju)有(you)富(fu)氧特性(xing)。

　　氫(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為機動車(che)輛(liang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)汽(qi)油燃(ran)料，具(ju)有(you)一定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)引力，作(zuo)(zuo)為氫(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一部分(fen)(fen)。與目前使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化石燃(ran)料相(xiang)(xiang)比，氫(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為燃(ran)料具(ju)有(you)更(geng)(geng)有(you)利(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優(you)勢，包括潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)再生和對(dui)環境友(you)好性(xing)（氫(qing)(qing)燃(ran)燒或電化學氧化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)**副(fu)產品(pin)是(shi)水，這將(jiang)減少CO2排放)，以及(ji)具(ju)有(you)高(gao)重(zhong)量(liang)能(neng)量(liang)密度。然而(er)，氫(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為一種可(ke)行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)車(che)輛(liang)燃(ran)料，在(zai)運輸(shu)和應用(yong)(yong)中(zhong)存(cun)在(zai)一些問題。因此(ci)，儲存(cun)固體材料中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)是(shi)更(geng)(geng)好地(di)使(shi)用(yong)(yong)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)吸(xi)收的(de)(de)(de)(de)(de)(de)*重(zhong)要因素(su)是(shi)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積、孔體積和孔徑(jing)。特別是(shi)儲存(cun)在(zai)活性(xing)炭氫(qing)(qing)量(liang)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鏈路。然而(er)，儲存(cun)在(zai)活性(xing)炭中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)仍然受到分(fen)(fen)子氫(qing)(qing)與孔壁表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)之(zhi)間弱(ruo)相(xiang)(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)制。理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)炭儲氫(qing)(qing)材料具(ju)有(you)與吸(xi)附(fu)氫(qing)(qing)分(fen)(fen)子儲存(cun)相(xiang)(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)積。

　　因(yin)此，在(zai)本研究中(zhong)，我(wo)們(men)利用活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)前(qian)體的(de)(de)類型(xing)與*終(zhong)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)質之間的(de)(de)關(guan)系(xi)來生成(cheng)一組具(ju)有高表面(mian)積、高水(shui)平微孔率、高氧(yang)含量(liang)和相似孔徑(jing)的(de)(de)多孔碳。并(bing)(bing)(bing)研究了(le)(le)富氧(yang)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)(xing)及(ji)其吸(xi)氫(qing)性(xing)(xing)(xing)(xing)能，并(bing)(bing)(bing)將其與其它(ta)材料進行了(le)(le)比(bi)較(jiao)。為(wei)(wei)了(le)(le)探測表面(mian)氧(yang)對活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)氫(qing)吸(xi)收性(xing)(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)影響，我(wo)們(men)設計了(le)(le)活性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)合成(cheng)方法來生成(cheng)高氧(yang)含量(liang)的(de)(de)材料。因(yin)此，我(wo)們(men)使用醋酸纖(xian)維素(su)，它(ta)被稱為(wei)(wei)CA(并(bing)(bing)(bing)且(qie)具(ju)有0.93的(de)(de)O/C原子比(bi))作(zuo)為(wei)(wei)起始材料，而不是0.83的(de)(de)O/C比(bi)纖(xian)維素(su)。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活性(xing)炭，石墨化(hua)(hua)水平低。活性(xing)炭顯(xian)示(shi)孔(kong)(kong)隙率(lv)(lv)主要(yao)來自微孔(kong)(kong)高水平，用(yong)(yong)作儲氫材料(liao)是有用(yong)(yong)的(de)。利用(yong)(yong)氮吸(xi)附(fu)分析(xi)檢測活性(xing)炭的(de)孔(kong)(kong)隙率(lv)(lv)。如圖1所(suo)示(shi)a所(suo)示(shi)。所(suo)有三個(ge)樣(yang)品都顯(xian)示(shi)了通常從(cong)微孔(kong)(kong)材料(liao)中獲(huo)得(de)的(de)I型等溫線(xian)。活化(hua)(hua)溫度從(cong)6000開始℃變(bian)化(hua)(hua)到700℃，吸(xi)附(fu)氮量（碳中孔(kong)(kong)隙率(lv)(lv)）顯(xian)著增(zeng)加，然(ran)后(hou)在800℃樣(yang)品下(xia)降。然(ran)而，等溫線(xian)的(de)形(xing)狀幾乎沒有變(bian)化(hua)(hua)，這表明(ming)盡(jin)管(guan)孔(kong)(kong)隙率(lv)(lv)大大增(zeng)加，但仍保持微孔(kong)(kong)的(de)水平。活性(xing)炭增(zeng)加的(de)總(zong)孔(kong)(kong)隙率(lv)(lv)通常與等溫線(xian)形(xing)狀的(de)變(bian)化(hua)(hua)有關(guan)，特別(bie)是加寬吸(xi)附(fu)。

　　活性炭的(de)孔(kong)隙率。活化碳標(biao)記為CA-4T，其中(zhong)4是(shi)活化KOH/碳比，T是(shi)活化溫(wen)度。氮吸附等溫(wen)線(xian)顯示(a)以及(ji)相應的(de)孔(kong)徑(jing)分布(bu)曲線(xian)(b)。

　　活性(xing)炭的氫儲存能力

　　活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氫儲(chu)存需要(yao)具有(you)(you)*大(da)表(biao)面(mian)(mian)積和適當尺寸的(de)(de)(de)孔。在-196和25℃使用(yong)(yong)重量法(fa)HidenXEMIS在0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓力(li)范(fan)圍(wei)(wei)內(nei)(nei)研究活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲(chu)氫能力(li)。圖2顯示了活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)在-196℃過量和總(zong)氫吸(xi)(xi)收(shou)等溫線。對于(yu)所有(you)(you)CA-4T氫吸(xi)(xi)收(shou)是(shi)可逆的(de)(de)(de)，沒有(you)(you)滯后，在0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓力(li)范(fan)圍(wei)(wei)內(nei)(nei)沒有(you)(you)飽和。首先(xian)，我們注意(yi)到1巴(ba)的(de)(de)(de)氫吸(xi)(xi)收(shou)非常令(ling)人印(yin)象深刻(ke).1-3.9wt在%的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)(wei)內(nei)(nei)。這種儲(chu)氫比(bi)任何在2-3重量%范(fan)圍(wei)(wei)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)報(bao)告高得多(duo)。我們將這種特(te)(te)別高的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)特(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)歸(gui)因于(yu)非常高的(de)(de)(de)微孔表(biao)面(mian)(mian)積和富氧表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)組合，特(te)(te)別是(shi)3.9重量%的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)CA-4700。富氧表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)是(shi)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)CA-4600，雖然總(zong)表(biao)面(mian)(mian)積和微孔表(biao)面(mian)(mian)適中(zhong)，但其(qi)吸(xi)(xi)收(shou)率(lv)仍遠高于(yu)以前發(fa)現的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)材料(liao)。研究發(fa)現，有(you)(you)氧官能團(tuan)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)效(xiao)果預(yu)計在低(di)壓下(xia)*大(da)，氫與表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)相互作用(yong)(yong)比(bi)在高壓下(xia)更(geng)重要(yao)，氫通(tong)過空(kong)間填充機制更(geng)有(you)(you)可能被吸(xi)(xi)收(shou)。

　　-196℃過量(liang)的活性(xing)炭(tan)和(he)總氫吸收(shou)。

　　利用醋酸纖維(wei)素(su)的(de)(de)水熱碳化(hua)產(chan)生(sheng)(sheng)水合物(wu)，在活(huo)化(hua)過(guo)程中產(chan)生(sheng)(sheng)富氧活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)。這種活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)(biao)觀面(mian)積(ji)(ji)很高(gao)，表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)大(da)部分(fen)，微孔產(chan)生(sheng)(sheng)率達(da)到92%。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)只(zhi)有一(yi)小部分(fen)大(da)于2納米(mi)的(de)(de)孔。通過(guo)IR和XPS氧官(guan)能(neng)團已被證實(COOH，C-OH和O-C=O)的(de)(de)存在。與其他前體（如纖維(wei)素(su)、木質(zhi)素(su)、鋸末、淀粉等）制(zhi)成的(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)進行比較分(fen)析，表(biao)(biao)明(ming)醋酸纖維(wei)素(su)衍生(sheng)(sheng)的(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)富含氧氣(qi)和高(gao)微孔。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在-196°C重(zhong)量(liang)儲氫能(neng)力增(zeng)強(qiang)，高(gao)達(da)8.1wt%(總(zong)吸(xi)收(shou))和7.0wt20巴(ba)(過(guo)度(du)吸(xi)收(shou))在30巴(ba)下(xia)(xia)升至8.9wt%(總(zong)吸(xi)收(shou))和7.2wt%(過(guo)度(du)吸(xi)收(shou))。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在室溫下(xia)(xia)也表(biao)(biao)現出優(you)異(yi)的(de)(de)氫吸(xi)收(shou)。這些足以證明(ming)富氧活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)優(you)秀的(de)(de)儲氫能(neng)力。