富氧活性(xing)炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的(de)儲氫能(neng)(neng)力(li)已(yi)被(bei)廣泛研(yan)究用于儲氫，但到目前為(wei)止(zhi)，它們的(de)儲存能(neng)(neng)力(li)似乎(hu)有(you)上(shang)限。在(zai)這里，為(wei)了(le)避免這個(ge)上(shang)限，我們研(yan)究了(le)富氧活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)能(neng)(neng)力(li)。本文介紹了(le)醋酸(suan)纖維素制成的(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)，結(jie)合各(ge)種優點，具有(you)高(gao)表面(mian)積(ji)和(he)孔隙體積(ji)，其(qi)自身孔隙幾(ji)乎(hu)完全具有(you)微孔特性(xing)(xing)(微孔含量超(chao)過(guo)90%)，具有(you)富氧特性(xing)(xing)。

　　氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作(zuo)為機動車輛中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)，具(ju)有(you)一(yi)(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)吸引(yin)力，作(zuo)為氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)經濟(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)部分(fen)。與目前使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)化石燃(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)相比，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作(zuo)為燃(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)更有(you)利的(de)(de)(de)(de)(de)優勢，包括潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)再生和(he)對環境友(you)好性(xing)(xing)（氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)燃(ran)(ran)(ran)燒或電化學(xue)氧化的(de)(de)(de)(de)(de)**副產品(pin)是(shi)水，這(zhe)將減少CO2排放)，以及具(ju)有(you)高(gao)(gao)重(zhong)量能量密度。然(ran)而，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作(zuo)為一(yi)(yi)(yi)種(zhong)可(ke)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)車輛燃(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)(liao)(liao)，在(zai)運輸和(he)應用(yong)中(zhong)存在(zai)一(yi)(yi)(yi)些問題。因此(ci)，儲(chu)存固體(ti)材料(liao)(liao)(liao)(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)更好地(di)使用(yong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)吸收的(de)(de)(de)(de)(de)*重(zhong)要因素(su)是(shi)表面(mian)積、孔體(ti)積和(he)孔徑。特別是(shi)儲(chu)存在(zai)活性(xing)(xing)炭氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)量之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)鏈路。然(ran)而，儲(chu)存在(zai)活性(xing)(xing)炭中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)量仍然(ran)受到分(fen)子氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)與孔壁表面(mian)之(zhi)間(jian)弱相互作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)制。理想的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)炭儲(chu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)材料(liao)(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)與吸附氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分(fen)子儲(chu)存相互作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)表面(mian)積。

　　因此，在本研究(jiu)(jiu)中(zhong)，我們利(li)用活性炭前體的(de)(de)類(lei)型與*終活性炭的(de)(de)性質(zhi)之間(jian)的(de)(de)關系來生成(cheng)一組具(ju)(ju)有高(gao)(gao)表面(mian)積(ji)、高(gao)(gao)水(shui)平微孔率、高(gao)(gao)氧含量和相似孔徑的(de)(de)多孔碳。并研究(jiu)(jiu)了富氧活性炭的(de)(de)特性及其吸(xi)氫性能(neng)，并將其與其它(ta)材料(liao)進行了比(bi)較。為(wei)了探測表面(mian)氧對活性炭氫吸(xi)收(shou)性能(neng)的(de)(de)影響，我們設計(ji)了活性炭合成(cheng)方法來生成(cheng)高(gao)(gao)氧含量的(de)(de)材料(liao)。因此，我們使(shi)用醋酸(suan)纖維素，它(ta)被稱為(wei)CA(并且具(ju)(ju)有0.93的(de)(de)O/C原子比(bi))作為(wei)起始(shi)材料(liao)，而不是0.83的(de)(de)O/C比(bi)纖維素。

　　多孔活性炭

　　合成(cheng)富氧活性(xing)炭(tan)，石墨化(hua)水平低。活性(xing)炭(tan)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)主要來自微(wei)孔(kong)(kong)高水平，用作儲氫材料(liao)是有用的(de)。利用氮(dan)吸(xi)附(fu)分析檢(jian)測活性(xing)炭(tan)的(de)孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)。如圖1所示(shi)(shi)(shi)a所示(shi)(shi)(shi)。所有三個(ge)樣(yang)品都(dou)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)了通常從微(wei)孔(kong)(kong)材料(liao)中獲得的(de)I型等(deng)溫(wen)線。活化(hua)溫(wen)度從6000開始℃變化(hua)到700℃，吸(xi)附(fu)氮(dan)量（碳中孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)）顯(xian)著增加(jia)，然后(hou)在800℃樣(yang)品下降。然而(er)，等(deng)溫(wen)線的(de)形狀(zhuang)幾乎沒有變化(hua)，這表明(ming)盡管孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)大大增加(jia)，但仍保持微(wei)孔(kong)(kong)的(de)水平。活性(xing)炭(tan)增加(jia)的(de)總孔(kong)(kong)隙(xi)率(lv)通常與(yu)等(deng)溫(wen)線形狀(zhuang)的(de)變化(hua)有關，特別是加(jia)寬(kuan)吸(xi)附(fu)。

　　活(huo)性炭的(de)(de)孔隙率。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(wen)度。氮吸附(fu)等溫(wen)線顯示(a)以(yi)及相應的(de)(de)孔徑分(fen)布曲線(b)。

　　活性炭的(de)氫儲存能力

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭中的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)儲存(cun)需要具有(you)(you)*大(da)表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和(he)適當尺寸的(de)(de)(de)(de)孔。在(zai)-196和(he)25℃使用(yong)重量(liang)法HidenXEMIS在(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)范(fan)(fan)圍內研(yan)究(jiu)(jiu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)儲氫(qing)(qing)(qing)能力(li)(li)。圖2顯示了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭在(zai)-196℃過量(liang)和(he)總(zong)氫(qing)(qing)(qing)吸收(shou)等溫線(xian)。對于所(suo)有(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)(qing)吸收(shou)是(shi)可逆的(de)(de)(de)(de)，沒有(you)(you)滯后，在(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)范(fan)(fan)圍內沒有(you)(you)飽和(he)。首先，我們(men)注意到1巴的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)吸收(shou)非常令人(ren)印象深刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍內。這種儲氫(qing)(qing)(qing)比(bi)(bi)任(ren)何在(zai)2-3重量(liang)%范(fan)(fan)圍內的(de)(de)(de)(de)報告高(gao)(gao)得(de)多。我們(men)將這種特別(bie)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)吸收(shou)特性(xing)(xing)歸因(yin)于非常高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)微孔表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和(he)富氧(yang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)組(zu)合，特別(bie)是(shi)3.9重量(liang)%的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭樣品CA-4700。富氧(yang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)是(shi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭樣品CA-4600，雖然(ran)總(zong)表(biao)(biao)面(mian)(mian)積和(he)微孔表(biao)(biao)面(mian)(mian)適中，但其(qi)吸收(shou)率仍遠高(gao)(gao)于以前發現的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭材料。研(yan)究(jiu)(jiu)發現，有(you)(you)氧(yang)官能團(tuan)的(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭效果預(yu)計(ji)在(zai)低壓(ya)下*大(da)，氫(qing)(qing)(qing)與表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)相互(hu)作(zuo)用(yong)比(bi)(bi)在(zai)高(gao)(gao)壓(ya)下更重要，氫(qing)(qing)(qing)通過空間填充機制(zhi)更有(you)(you)可能被吸收(shou)。

　　-196℃過(guo)量的(de)活性炭(tan)和總氫(qing)吸(xi)收。

　　利用醋酸(suan)纖維(wei)素(su)的水熱碳化產生(sheng)水合物，在(zai)(zai)(zai)活化過(guo)程中產生(sheng)富(fu)(fu)氧(yang)活性炭(tan)(tan)(tan)。這種活性炭(tan)(tan)(tan)表觀面積(ji)很(hen)高，表面積(ji)大(da)部分，微孔產生(sheng)率達到92%。活性炭(tan)(tan)(tan)只有(you)一小部分大(da)于2納米的孔。通過(guo)IR和(he)XPS氧(yang)官能團(tuan)已(yi)被證實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的存在(zai)(zai)(zai)。與其他前體（如纖維(wei)素(su)、木(mu)質素(su)、鋸末(mo)、淀粉等）制成的活性炭(tan)(tan)(tan)進行比較分析，表明醋酸(suan)纖維(wei)素(su)衍(yan)生(sheng)的活性炭(tan)(tan)(tan)富(fu)(fu)含(han)氧(yang)氣和(he)高微孔。活性炭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)-196°C重(zhong)量儲(chu)氫(qing)(qing)能力增強，高達8.1wt%(總吸(xi)收(shou))和(he)7.0wt20巴(過(guo)度(du)吸(xi)收(shou))在(zai)(zai)(zai)30巴下升至8.9wt%(總吸(xi)收(shou))和(he)7.2wt%(過(guo)度(du)吸(xi)收(shou))。活性炭(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)室溫(wen)下也表現出優異的氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)。這些足以(yi)證明富(fu)(fu)氧(yang)活性炭(tan)(tan)(tan)優秀的儲(chu)氫(qing)(qing)能力。