富氧(yang)活性炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的(de)儲(chu)氫能(neng)力已被(bei)廣泛研(yan)究用(yong)于(yu)儲(chu)氫，但到目前為止(zhi)，它們的(de)儲(chu)存能(neng)力似乎有(you)上限。在這里，為了(le)避(bi)免這個上限，我(wo)們研(yan)究了(le)富(fu)氧活性炭的(de)能(neng)力。本文介(jie)紹了(le)醋酸(suan)纖(xian)維素制成(cheng)的(de)活性炭，結(jie)合各種優點，具(ju)有(you)高表面積和(he)孔隙體積，其(qi)自(zi)身孔隙幾乎完全具(ju)有(you)微(wei)孔特性(微(wei)孔含量超過(guo)90%)，具(ju)有(you)富(fu)氧特性。

　　氫(qing)作(zuo)為(wei)機動車(che)輛(liang)中(zhong)的(de)(de)(de)汽油燃(ran)料，具(ju)有(you)(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)吸引力(li)，作(zuo)為(wei)氫(qing)經(jing)濟(ji)的(de)(de)(de)一(yi)部分。與(yu)(yu)目前使用的(de)(de)(de)化石燃(ran)料相比(bi)，氫(qing)作(zuo)為(wei)燃(ran)料具(ju)有(you)(you)更有(you)(you)利的(de)(de)(de)優勢(shi)，包括(kuo)潛在(zai)的(de)(de)(de)可(ke)再生和對環境(jing)友好性（氫(qing)燃(ran)燒或電化學(xue)氧化的(de)(de)(de)**副產品是水，這(zhe)將減(jian)少(shao)CO2排放)，以及具(ju)有(you)(you)高重(zhong)量(liang)能(neng)量(liang)密度。然(ran)而(er)，氫(qing)作(zuo)為(wei)一(yi)種可(ke)行的(de)(de)(de)車(che)輛(liang)燃(ran)料，在(zai)運(yun)輸(shu)和應用中(zhong)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)問題(ti)。因此，儲存(cun)固(gu)體材料中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)是更好地使用氫(qing)的(de)(de)(de)關(guan)鍵。氫(qing)吸收的(de)(de)(de)*重(zhong)要因素是表(biao)面(mian)積、孔體積和孔徑。特別是儲存(cun)在(zai)活(huo)性炭(tan)氫(qing)量(liang)之(zhi)間的(de)(de)(de)鏈(lian)路。然(ran)而(er)，儲存(cun)在(zai)活(huo)性炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)的(de)(de)(de)量(liang)仍(reng)然(ran)受(shou)到(dao)分子氫(qing)與(yu)(yu)孔壁表(biao)面(mian)之(zhi)間弱相互作(zuo)用的(de)(de)(de)限(xian)制。理想的(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)儲氫(qing)材料具(ju)有(you)(you)與(yu)(yu)吸附氫(qing)分子儲存(cun)相互作(zuo)用的(de)(de)(de)高表(biao)面(mian)積。

　　因此，在本(ben)研究中，我們利用活性(xing)炭(tan)前體(ti)的(de)(de)類型與*終(zhong)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)性(xing)質(zhi)之間的(de)(de)關系來生成(cheng)(cheng)一組具有(you)高(gao)(gao)表面(mian)積、高(gao)(gao)水平(ping)微孔(kong)率、高(gao)(gao)氧(yang)含(han)量(liang)(liang)和相似孔(kong)徑(jing)的(de)(de)多孔(kong)碳。并研究了(le)(le)富氧(yang)活性(xing)炭(tan)的(de)(de)特性(xing)及其(qi)吸(xi)氫(qing)(qing)性(xing)能，并將其(qi)與其(qi)它(ta)材料(liao)進(jin)行了(le)(le)比(bi)較。為(wei)了(le)(le)探測表面(mian)氧(yang)對活性(xing)炭(tan)氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)性(xing)能的(de)(de)影(ying)響(xiang)，我們設計了(le)(le)活性(xing)炭(tan)合成(cheng)(cheng)方法來生成(cheng)(cheng)高(gao)(gao)氧(yang)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)材料(liao)。因此，我們使用醋酸纖維素，它(ta)被稱為(wei)CA(并且(qie)具有(you)0.93的(de)(de)O/C原子比(bi))作為(wei)起始材料(liao)，而不是0.83的(de)(de)O/C比(bi)纖維素。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富(fu)氧活性(xing)(xing)炭(tan)，石墨化(hua)水(shui)平(ping)低。活性(xing)(xing)炭(tan)顯示(shi)(shi)孔(kong)隙率(lv)主要來自微孔(kong)高(gao)水(shui)平(ping)，用(yong)作儲氫(qing)材料是有用(yong)的(de)。利用(yong)氮(dan)吸(xi)附(fu)分析檢測活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)孔(kong)隙率(lv)。如(ru)圖(tu)1所(suo)示(shi)(shi)a所(suo)示(shi)(shi)。所(suo)有三個樣(yang)品都(dou)顯示(shi)(shi)了(le)通(tong)常從微孔(kong)材料中(zhong)獲得的(de)I型等溫(wen)(wen)線(xian)。活化(hua)溫(wen)(wen)度從6000開始℃變(bian)化(hua)到700℃，吸(xi)附(fu)氮(dan)量（碳中(zhong)孔(kong)隙率(lv)）顯著增(zeng)加，然后在800℃樣(yang)品下降(jiang)。然而，等溫(wen)(wen)線(xian)的(de)形狀幾乎沒有變(bian)化(hua)，這表明盡管孔(kong)隙率(lv)大大增(zeng)加，但仍保持微孔(kong)的(de)水(shui)平(ping)。活性(xing)(xing)炭(tan)增(zeng)加的(de)總孔(kong)隙率(lv)通(tong)常與等溫(wen)(wen)線(xian)形狀的(de)變(bian)化(hua)有關，特別是加寬吸(xi)附(fu)。

　　活(huo)性炭的(de)孔隙率。活(huo)化碳(tan)標記為CA-4T，其中4是(shi)活(huo)化KOH/碳(tan)比，T是(shi)活(huo)化溫度(du)。氮吸附(fu)等(deng)溫線顯(xian)示(shi)(a)以及相(xiang)應的(de)孔徑分布曲線(b)。

　　活性(xing)炭的氫儲存能力(li)

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲存需要具有(you)(you)*大(da)表(biao)(biao)面(mian)積和(he)(he)適當(dang)尺寸的(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)。在(zai)-196和(he)(he)25℃使(shi)用重量(liang)法HidenXEMIS在(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范圍內(nei)研究(jiu)(jiu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)儲氫(qing)(qing)能力。圖2顯示了(le)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)-196℃過量(liang)和(he)(he)總(zong)氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)等溫線。對于所有(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)是(shi)可逆的(de)(de)(de)(de)，沒(mei)有(you)(you)滯后(hou)，在(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范圍內(nei)沒(mei)有(you)(you)飽和(he)(he)。首先(xian)，我(wo)們(men)注(zhu)意(yi)到1巴的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)非常(chang)令(ling)人印象深刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)(de)(de)范圍內(nei)。這種(zhong)儲氫(qing)(qing)比任何(he)在(zai)2-3重量(liang)%范圍內(nei)的(de)(de)(de)(de)報告高得多(duo)。我(wo)們(men)將這種(zhong)特(te)(te)別高的(de)(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)特(te)(te)性(xing)(xing)歸(gui)因(yin)于非常(chang)高的(de)(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)表(biao)(biao)面(mian)積和(he)(he)富氧表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)組合，特(te)(te)別是(shi)3.9重量(liang)%的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)CA-4700。富氧表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用是(shi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品(pin)CA-4600，雖然總(zong)表(biao)(biao)面(mian)積和(he)(he)微孔(kong)(kong)表(biao)(biao)面(mian)適中(zhong)，但其吸(xi)收(shou)率仍遠(yuan)高于以前發現的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)材料。研究(jiu)(jiu)發現，有(you)(you)氧官(guan)能團(tuan)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)效果(guo)預計在(zai)低(di)壓(ya)下(xia)*大(da)，氫(qing)(qing)與表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)用比在(zai)高壓(ya)下(xia)更(geng)重要，氫(qing)(qing)通過空間填充機(ji)制更(geng)有(you)(you)可能被(bei)吸(xi)收(shou)。

　　-196℃過量的活性炭(tan)和(he)總氫(qing)吸收。

　　利用醋(cu)酸纖(xian)維素(su)(su)的(de)(de)水(shui)(shui)熱碳化產生水(shui)(shui)合物，在(zai)(zai)活(huo)(huo)化過(guo)程中產生富氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)。這種活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)表(biao)觀(guan)面(mian)積很高(gao)，表(biao)面(mian)積大(da)部分(fen)，微孔產生率(lv)達到92%。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)只(zhi)有一小部分(fen)大(da)于2納米的(de)(de)孔。通過(guo)IR和(he)XPS氧(yang)官能(neng)團已被(bei)證實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的(de)(de)存(cun)在(zai)(zai)。與其他(ta)前(qian)體(ti)（如(ru)纖(xian)維素(su)(su)、木質素(su)(su)、鋸末、淀粉等）制(zhi)成的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)進行比較分(fen)析(xi)，表(biao)明醋(cu)酸纖(xian)維素(su)(su)衍(yan)生的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)富含氧(yang)氣和(he)高(gao)微孔。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)在(zai)(zai)-196°C重(zhong)量(liang)儲氫能(neng)力增強，高(gao)達8.1wt%(總吸收)和(he)7.0wt20巴(過(guo)度吸收)在(zai)(zai)30巴下升至8.9wt%(總吸收)和(he)7.2wt%(過(guo)度吸收)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)在(zai)(zai)室溫下也表(biao)現(xian)出優(you)異(yi)的(de)(de)氫吸收。這些(xie)足以證明富氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)優(you)秀(xiu)的(de)(de)儲氫能(neng)力。