富氧(yang)活(huo)性炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的(de)儲氫(qing)能(neng)力已被(bei)廣泛(fan)研究用于儲氫(qing)，但(dan)到目前為止，它們的(de)儲存能(neng)力似(si)乎(hu)有(you)上(shang)限(xian)。在這(zhe)里，為了避免這(zhe)個(ge)上(shang)限(xian)，我們研究了富氧活(huo)性炭(tan)的(de)能(neng)力。本文介紹了醋酸纖維素制成(cheng)的(de)活(huo)性炭(tan)，結合各(ge)種優點，具有(you)高表面積(ji)(ji)和孔隙體積(ji)(ji)，其自身孔隙幾乎(hu)完全具有(you)微孔特(te)性(微孔含量超過90%)，具有(you)富氧特(te)性。

　　氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為機動車輛中的(de)(de)(de)汽油燃料(liao)，具(ju)(ju)(ju)有(you)一(yi)(yi)(yi)定的(de)(de)(de)吸(xi)引力，作(zuo)(zuo)為氫(qing)(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)部分(fen)。與目前使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)化石燃料(liao)相(xiang)比，氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為燃料(liao)具(ju)(ju)(ju)有(you)更有(you)利的(de)(de)(de)優(you)勢，包(bao)括(kuo)潛(qian)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)可(ke)再生和對環境友好性(xing)（氫(qing)(qing)(qing)燃燒或電化學氧化的(de)(de)(de)**副產品是水，這將減少CO2排放)，以及(ji)具(ju)(ju)(ju)有(you)高(gao)重量能量密度。然而，氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)為一(yi)(yi)(yi)種可(ke)行的(de)(de)(de)車輛燃料(liao)，在(zai)(zai)運輸和應(ying)用(yong)(yong)中存(cun)(cun)在(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)些問題。因(yin)此，儲(chu)(chu)存(cun)(cun)固體材(cai)料(liao)中的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)是更好地(di)使用(yong)(yong)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)關鍵(jian)。氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)收的(de)(de)(de)*重要因(yin)素是表面積、孔體積和孔徑。特別(bie)是儲(chu)(chu)存(cun)(cun)在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭氫(qing)(qing)(qing)量之間的(de)(de)(de)鏈路。然而，儲(chu)(chu)存(cun)(cun)在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭中的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)量仍然受到分(fen)子氫(qing)(qing)(qing)與孔壁表面之間弱相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)限制。理想的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)材(cai)料(liao)具(ju)(ju)(ju)有(you)與吸(xi)附氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子儲(chu)(chu)存(cun)(cun)相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)高(gao)表面積。

　　因此，在(zai)本研究中，我(wo)們利用活性炭(tan)前(qian)體的(de)(de)類型(xing)與*終活性炭(tan)的(de)(de)性質之間(jian)的(de)(de)關系來生成一(yi)組具有高表面積、高水(shui)平微孔(kong)率、高氧(yang)(yang)含量和(he)相(xiang)似(si)孔(kong)徑的(de)(de)多(duo)孔(kong)碳(tan)。并(bing)研究了(le)富氧(yang)(yang)活性炭(tan)的(de)(de)特性及其(qi)吸(xi)氫性能，并(bing)將其(qi)與其(qi)它材料進行了(le)比(bi)較。為(wei)了(le)探測表面氧(yang)(yang)對活性炭(tan)氫吸(xi)收性能的(de)(de)影響(xiang)，我(wo)們設(she)計(ji)了(le)活性炭(tan)合成方(fang)法(fa)來生成高氧(yang)(yang)含量的(de)(de)材料。因此，我(wo)們使(shi)用醋酸(suan)纖維(wei)素(su)，它被稱為(wei)CA(并(bing)且(qie)具有0.93的(de)(de)O/C原子(zi)比(bi))作為(wei)起始材料，而不是(shi)0.83的(de)(de)O/C比(bi)纖維(wei)素(su)。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)，石墨化(hua)(hua)水(shui)平(ping)低。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)顯示孔(kong)隙(xi)率(lv)主要(yao)來自微孔(kong)高水(shui)平(ping)，用作儲氫材(cai)料是(shi)有(you)(you)用的(de)。利(li)用氮(dan)吸(xi)附分析檢測活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)孔(kong)隙(xi)率(lv)。如(ru)圖(tu)1所示a所示。所有(you)(you)三(san)個樣(yang)品都(dou)顯示了(le)通常從微孔(kong)材(cai)料中獲得(de)的(de)I型等溫(wen)線(xian)。活(huo)化(hua)(hua)溫(wen)度從6000開始℃變(bian)化(hua)(hua)到(dao)700℃，吸(xi)附氮(dan)量(liang)（碳中孔(kong)隙(xi)率(lv)）顯著增加，然后在800℃樣(yang)品下降。然而，等溫(wen)線(xian)的(de)形狀幾(ji)乎沒(mei)有(you)(you)變(bian)化(hua)(hua)，這表(biao)明盡管孔(kong)隙(xi)率(lv)大大增加，但仍保持微孔(kong)的(de)水(shui)平(ping)。活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)增加的(de)總(zong)孔(kong)隙(xi)率(lv)通常與等溫(wen)線(xian)形狀的(de)變(bian)化(hua)(hua)有(you)(you)關，特(te)別是(shi)加寬吸(xi)附。

　　活性炭的孔隙率(lv)。活化(hua)(hua)碳標記為CA-4T，其中4是活化(hua)(hua)KOH/碳比(bi)，T是活化(hua)(hua)溫度。氮吸附等溫線顯示(a)以及(ji)相應(ying)的孔徑分(fen)布曲線(b)。

　　活性炭(tan)的氫儲存能力

　　活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)儲(chu)(chu)存(cun)需要具有(you)*大(da)表(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)適(shi)當(dang)尺寸的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)。在(zai)(zai)-196和(he)25℃使用(yong)重(zhong)量(liang)法HidenXEMIS在(zai)(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓力(li)范圍內研究活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)力(li)。圖2顯(xian)示(shi)了活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)-196℃過量(liang)和(he)總氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)等溫線。對于(yu)所有(you)CA-4T氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)是(shi)可(ke)逆的(de)(de)(de)，沒(mei)有(you)滯后，在(zai)(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓力(li)范圍內沒(mei)有(you)飽和(he)。首先，我(wo)們(men)(men)注意到1巴(ba)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)非常(chang)令人(ren)印象深刻(ke).1-3.9wt在(zai)(zai)%的(de)(de)(de)范圍內。這(zhe)種(zhong)儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)比任何在(zai)(zai)2-3重(zhong)量(liang)%范圍內的(de)(de)(de)報告高(gao)得(de)多(duo)。我(wo)們(men)(men)將這(zhe)種(zhong)特別(bie)高(gao)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)特性(xing)(xing)歸因于(yu)非常(chang)高(gao)的(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)表(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)富氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)組合，特別(bie)是(shi)3.9重(zhong)量(liang)%的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)品CA-4700。富氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)是(shi)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)品CA-4600，雖然(ran)總表(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)(ji)和(he)微孔(kong)(kong)表(biao)面(mian)(mian)(mian)適(shi)中，但其吸(xi)(xi)收(shou)(shou)率仍遠高(gao)于(yu)以前發(fa)現的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料。研究發(fa)現，有(you)氧(yang)官能(neng)團的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)效果預計在(zai)(zai)低壓下(xia)*大(da)，氫(qing)(qing)(qing)與表(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)比在(zai)(zai)高(gao)壓下(xia)更重(zhong)要，氫(qing)(qing)(qing)通過空間(jian)填充機制(zhi)更有(you)可(ke)能(neng)被吸(xi)(xi)收(shou)(shou)。

　　-196℃過量的活性炭和總(zong)氫吸收。

　　利(li)用醋酸纖(xian)維素(su)的(de)水(shui)熱碳化產生(sheng)水(shui)合物，在(zai)活(huo)(huo)化過(guo)(guo)程(cheng)中產生(sheng)富氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)。這(zhe)種(zhong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)表(biao)觀面(mian)積很高，表(biao)面(mian)積大部分(fen)(fen)(fen)，微孔產生(sheng)率(lv)達(da)到92%。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)只(zhi)有一(yi)小部分(fen)(fen)(fen)大于2納米(mi)的(de)孔。通過(guo)(guo)IR和XPS氧(yang)官能(neng)團已被證實(shi)(COOH，C-OH和O-C=O)的(de)存在(zai)。與其他前體(ti)（如纖(xian)維素(su)、木(mu)質素(su)、鋸(ju)末、淀(dian)粉(fen)等）制成的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)進行比較分(fen)(fen)(fen)析，表(biao)明(ming)(ming)醋酸纖(xian)維素(su)衍(yan)生(sheng)的(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)富含氧(yang)氣和高微孔。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)-196°C重量儲氫(qing)能(neng)力增強，高達(da)8.1wt%(總吸收(shou))和7.0wt20巴(過(guo)(guo)度吸收(shou))在(zai)30巴下(xia)升至8.9wt%(總吸收(shou))和7.2wt%(過(guo)(guo)度吸收(shou))。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)室溫(wen)下(xia)也(ye)表(biao)現(xian)出優異的(de)氫(qing)吸收(shou)。這(zhe)些足以(yi)證明(ming)(ming)富氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)優秀的(de)儲氫(qing)能(neng)力。