富氧活性炭(tan)的(de)儲(chu)氫能力

　　富氧活性炭的(de)儲(chu)(chu)氫(qing)能力(li)已被廣泛研(yan)(yan)究(jiu)用于儲(chu)(chu)氫(qing)，但(dan)到目前為止，它們的(de)儲(chu)(chu)存能力(li)似乎(hu)有上(shang)限。在這里，為了避免這個上(shang)限，我們研(yan)(yan)究(jiu)了富(fu)氧活性(xing)炭(tan)的(de)能力(li)。本文介紹了醋(cu)酸纖維素制(zhi)成的(de)活性(xing)炭(tan)，結合各種(zhong)優點，具有高表面積(ji)和孔(kong)隙(xi)體積(ji)，其(qi)自身孔(kong)隙(xi)幾(ji)乎(hu)完全具有微孔(kong)特性(xing)(微孔(kong)含量超(chao)過(guo)90%)，具有富(fu)氧特性(xing)。

　　氫(qing)作(zuo)為(wei)機動車輛中的(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)料(liao)，具(ju)有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)吸(xi)引力，作(zuo)為(wei)氫(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)一(yi)部分。與(yu)目前(qian)使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)化(hua)石燃(ran)料(liao)相(xiang)比(bi)，氫(qing)作(zuo)為(wei)燃(ran)料(liao)具(ju)有(you)更有(you)利(li)的(de)(de)(de)(de)優勢，包(bao)括潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)可(ke)再生和對環境(jing)友(you)好(hao)性(xing)（氫(qing)燃(ran)燒或電化(hua)學氧化(hua)的(de)(de)(de)(de)**副(fu)產品是水，這將減少CO2排放(fang))，以及(ji)具(ju)有(you)高重量(liang)能(neng)量(liang)密度。然而(er)，氫(qing)作(zuo)為(wei)一(yi)種可(ke)行(xing)的(de)(de)(de)(de)車輛燃(ran)料(liao)，在(zai)運輸(shu)和應用(yong)(yong)中存(cun)在(zai)一(yi)些問題。因此，儲(chu)存(cun)固體材(cai)料(liao)中的(de)(de)(de)(de)氫(qing)是更好(hao)地使用(yong)(yong)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵。氫(qing)吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)(de)*重要因素是表(biao)面(mian)積(ji)、孔(kong)(kong)體積(ji)和孔(kong)(kong)徑。特別是儲(chu)存(cun)在(zai)活性(xing)炭氫(qing)量(liang)之間的(de)(de)(de)(de)鏈路。然而(er)，儲(chu)存(cun)在(zai)活性(xing)炭中的(de)(de)(de)(de)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)量(liang)仍然受到分子氫(qing)與(yu)孔(kong)(kong)壁表(biao)面(mian)之間弱相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)。理想的(de)(de)(de)(de)活性(xing)炭儲(chu)氫(qing)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)與(yu)吸(xi)附氫(qing)分子儲(chu)存(cun)相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)高表(biao)面(mian)積(ji)。

　　因(yin)此(ci)，在本研究中，我(wo)們利(li)用活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)前體的(de)(de)(de)類型與*終活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質之間的(de)(de)(de)關系來(lai)生成一組具有高(gao)(gao)表(biao)面(mian)(mian)積、高(gao)(gao)水平(ping)微孔率、高(gao)(gao)氧含量和相似孔徑的(de)(de)(de)多孔碳。并研究了(le)富氧活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)及其吸氫(qing)性(xing)(xing)能，并將其與其它材(cai)料進行(xing)了(le)比(bi)較(jiao)。為了(le)探(tan)測表(biao)面(mian)(mian)氧對活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)氫(qing)吸收性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影(ying)響，我(wo)們設計(ji)了(le)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)合成方法來(lai)生成高(gao)(gao)氧含量的(de)(de)(de)材(cai)料。因(yin)此(ci)，我(wo)們使用醋酸(suan)纖維(wei)素，它被稱為CA(并且(qie)具有0.93的(de)(de)(de)O/C原子(zi)比(bi))作為起始材(cai)料，而不(bu)是0.83的(de)(de)(de)O/C比(bi)纖維(wei)素。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富氧活(huo)(huo)性炭，石(shi)墨化(hua)(hua)(hua)水(shui)平低。活(huo)(huo)性炭顯示孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)主要來自微(wei)孔(kong)(kong)(kong)高水(shui)平，用作(zuo)儲氫(qing)材(cai)料是(shi)有(you)(you)用的(de)。利用氮(dan)吸(xi)附分析(xi)檢測(ce)活(huo)(huo)性炭的(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)。如圖1所示a所示。所有(you)(you)三(san)個樣(yang)(yang)品都顯示了通(tong)常從微(wei)孔(kong)(kong)(kong)材(cai)料中(zhong)獲得的(de)I型(xing)等溫(wen)線。活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度從6000開(kai)始℃變(bian)化(hua)(hua)(hua)到700℃，吸(xi)附氮(dan)量（碳(tan)中(zhong)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)）顯著增(zeng)加，然(ran)后在800℃樣(yang)(yang)品下降。然(ran)而，等溫(wen)線的(de)形狀(zhuang)幾乎沒有(you)(you)變(bian)化(hua)(hua)(hua)，這表(biao)明盡管孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)大大增(zeng)加，但仍保(bao)持微(wei)孔(kong)(kong)(kong)的(de)水(shui)平。活(huo)(huo)性炭增(zeng)加的(de)總孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)通(tong)常與(yu)等溫(wen)線形狀(zhuang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)有(you)(you)關，特別是(shi)加寬吸(xi)附。

　　活(huo)性炭的(de)孔(kong)隙率。活(huo)化(hua)碳標記為CA-4T，其中4是(shi)活(huo)化(hua)KOH/碳比，T是(shi)活(huo)化(hua)溫度。氮吸附(fu)等溫線(xian)顯示(a)以及相應的(de)孔(kong)徑分布曲(qu)線(xian)(b)。

　　活性炭的(de)氫儲(chu)存能力(li)

　　活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲存需要具有(you)(you)*大表(biao)(biao)面積(ji)(ji)和(he)適(shi)當尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)孔。在(zai)(zai)-196和(he)25℃使用重(zhong)量法HidenXEMIS在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)研究活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)儲氫(qing)(qing)能(neng)力。圖2顯示了活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)-196℃過(guo)量和(he)總氫(qing)(qing)吸收等溫線(xian)。對于所有(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸收是(shi)可(ke)逆(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，沒有(you)(you)滯(zhi)后，在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)沒有(you)(you)飽和(he)。首(shou)先，我(wo)們注(zhu)意(yi)到1巴的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸收非常令人印象深刻(ke).1-3.9wt在(zai)(zai)%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)。這種儲氫(qing)(qing)比(bi)(bi)任何在(zai)(zai)2-3重(zhong)量%范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)報告高得多。我(wo)們將這種特(te)別(bie)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸收特(te)性(xing)(xing)(xing)歸因于非常高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微孔表(biao)(biao)面積(ji)(ji)和(he)富(fu)氧表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)組合，特(te)別(bie)是(shi)3.9重(zhong)量%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣(yang)品(pin)CA-4700。富(fu)氧表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用是(shi)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣(yang)品(pin)CA-4600，雖(sui)然總表(biao)(biao)面積(ji)(ji)和(he)微孔表(biao)(biao)面適(shi)中，但其吸收率(lv)仍遠高于以(yi)前(qian)發(fa)(fa)現的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)材料。研究發(fa)(fa)現，有(you)(you)氧官(guan)能(neng)團(tuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)效果預(yu)計(ji)在(zai)(zai)低壓(ya)下*大，氫(qing)(qing)與表(biao)(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相互作用比(bi)(bi)在(zai)(zai)高壓(ya)下更重(zhong)要，氫(qing)(qing)通過(guo)空間填充(chong)機制(zhi)更有(you)(you)可(ke)能(neng)被吸收。

　　-196℃過(guo)量的活性炭和總氫吸收。

　　利用醋(cu)酸(suan)纖維(wei)素(su)的水熱(re)碳(tan)化產(chan)生水合物(wu)，在活(huo)(huo)化過(guo)程(cheng)中產(chan)生富(fu)氧(yang)活(huo)(huo)性炭(tan)。這種活(huo)(huo)性炭(tan)表觀面積很高(gao)，表面積大(da)部分，微(wei)孔(kong)產(chan)生率達到92%。活(huo)(huo)性炭(tan)只有一小部分大(da)于2納米的孔(kong)。通(tong)過(guo)IR和(he)(he)XPS氧(yang)官能團已被證(zheng)實(COOH，C-OH和(he)(he)O-C=O)的存在。與(yu)其他前(qian)體(ti)（如纖維(wei)素(su)、木質素(su)、鋸(ju)末、淀粉等）制(zhi)成(cheng)的活(huo)(huo)性炭(tan)進(jin)行比較分析，表明醋(cu)酸(suan)纖維(wei)素(su)衍生的活(huo)(huo)性炭(tan)富(fu)含氧(yang)氣和(he)(he)高(gao)微(wei)孔(kong)。活(huo)(huo)性炭(tan)在-196°C重(zhong)量(liang)儲(chu)氫(qing)(qing)能力增強，高(gao)達8.1wt%(總吸(xi)收(shou)(shou))和(he)(he)7.0wt20巴(ba)(過(guo)度吸(xi)收(shou)(shou))在30巴(ba)下(xia)升至8.9wt%(總吸(xi)收(shou)(shou))和(he)(he)7.2wt%(過(guo)度吸(xi)收(shou)(shou))。活(huo)(huo)性炭(tan)在室溫下(xia)也表現出(chu)優異的氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)(shou)。這些足以證(zheng)明富(fu)氧(yang)活(huo)(huo)性炭(tan)優秀的儲(chu)氫(qing)(qing)能力。