富氧活性炭的儲(chu)氫能(neng)力

　　富氧活性炭的儲氫(qing)能(neng)力已被廣泛研究(jiu)用于儲氫(qing)，但到目前(qian)為止(zhi)，它們的儲存能(neng)力似乎有上限。在這里(li)，為了避免這個上限，我們研究(jiu)了富(fu)氧(yang)活(huo)性炭(tan)的能(neng)力。本文(wen)介紹了醋酸(suan)纖(xian)維素制成的活(huo)性炭(tan)，結合各種優點，具有高表面(mian)積和孔(kong)隙體積，其(qi)自身孔(kong)隙幾乎完全具有微孔(kong)特(te)性(微孔(kong)含量超過90%)，具有富(fu)氧(yang)特(te)性。

　　氫(qing)作(zuo)為(wei)機動(dong)車輛中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，具(ju)(ju)有(you)一定的(de)(de)(de)(de)(de)吸引力，作(zuo)為(wei)氫(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)(de)一部分(fen)(fen)。與(yu)目前(qian)使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)化石(shi)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)相(xiang)比，氫(qing)作(zuo)為(wei)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)具(ju)(ju)有(you)更(geng)有(you)利(li)的(de)(de)(de)(de)(de)優勢，包(bao)括潛(qian)在的(de)(de)(de)(de)(de)可再生和(he)對環境友好性(xing)（氫(qing)燃(ran)燒或電化學(xue)氧化的(de)(de)(de)(de)(de)**副產(chan)品是水(shui)，這將(jiang)減少(shao)CO2排放(fang))，以及具(ju)(ju)有(you)高(gao)重(zhong)量能量密度。然而(er)，氫(qing)作(zuo)為(wei)一種可行的(de)(de)(de)(de)(de)車輛燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，在運輸和(he)應用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)存在一些問題。因此，儲存固體材料(liao)(liao)(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)是更(geng)好地使(shi)用(yong)(yong)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)吸收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)*重(zhong)要因素是表(biao)面積(ji)、孔(kong)體積(ji)和(he)孔(kong)徑。特別是儲存在活性(xing)炭氫(qing)量之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)鏈(lian)路。然而(er)，儲存在活性(xing)炭中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)量仍(reng)然受到分(fen)(fen)子(zi)氫(qing)與(yu)孔(kong)壁表(biao)面之(zhi)間弱相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)限制(zhi)。理想的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)炭儲氫(qing)材料(liao)(liao)(liao)具(ju)(ju)有(you)與(yu)吸附氫(qing)分(fen)(fen)子(zi)儲存相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)表(biao)面積(ji)。

　　因(yin)此，在本研究中，我們利用活(huo)性(xing)炭(tan)前(qian)體的(de)(de)(de)(de)類型(xing)與*終活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)性(xing)質之間的(de)(de)(de)(de)關系來(lai)(lai)生成一組具(ju)有高表(biao)面積、高水平微孔(kong)(kong)率、高氧含量(liang)和相似孔(kong)(kong)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)多孔(kong)(kong)碳。并研究了(le)富氧活(huo)性(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)及其(qi)吸(xi)氫性(xing)能(neng)(neng)，并將其(qi)與其(qi)它材(cai)料(liao)(liao)進(jin)行了(le)比較。為了(le)探測表(biao)面氧對活(huo)性(xing)炭(tan)氫吸(xi)收性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)影響，我們設(she)計了(le)活(huo)性(xing)炭(tan)合成方法(fa)來(lai)(lai)生成高氧含量(liang)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)(liao)。因(yin)此，我們使用醋(cu)酸纖維素，它被稱為CA(并且具(ju)有0.93的(de)(de)(de)(de)O/C原子比)作為起(qi)始材(cai)料(liao)(liao)，而(er)不是0.83的(de)(de)(de)(de)O/C比纖維素。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富氧活(huo)性炭(tan)，石墨化(hua)(hua)水平低。活(huo)性炭(tan)顯示(shi)孔(kong)(kong)(kong)隙率(lv)主要來自微(wei)孔(kong)(kong)(kong)高水平，用(yong)作儲氫材料是(shi)有用(yong)的(de)。利用(yong)氮吸(xi)附分(fen)析檢(jian)測活(huo)性炭(tan)的(de)孔(kong)(kong)(kong)隙率(lv)。如圖1所(suo)示(shi)a所(suo)示(shi)。所(suo)有三個樣品都顯示(shi)了通常(chang)從(cong)微(wei)孔(kong)(kong)(kong)材料中獲(huo)得的(de)I型等(deng)溫(wen)線(xian)。活(huo)化(hua)(hua)溫(wen)度從(cong)6000開(kai)始℃變化(hua)(hua)到700℃，吸(xi)附氮量（碳中孔(kong)(kong)(kong)隙率(lv)）顯著(zhu)增(zeng)加(jia)，然(ran)后(hou)在800℃樣品下降。然(ran)而，等(deng)溫(wen)線(xian)的(de)形狀(zhuang)(zhuang)幾乎(hu)沒有變化(hua)(hua)，這表明盡(jin)管孔(kong)(kong)(kong)隙率(lv)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)，但仍保持微(wei)孔(kong)(kong)(kong)的(de)水平。活(huo)性炭(tan)增(zeng)加(jia)的(de)總孔(kong)(kong)(kong)隙率(lv)通常(chang)與等(deng)溫(wen)線(xian)形狀(zhuang)(zhuang)的(de)變化(hua)(hua)有關，特別是(shi)加(jia)寬吸(xi)附。

　　活(huo)性(xing)炭的孔隙率。活(huo)化碳標記為CA-4T，其中4是(shi)活(huo)化KOH/碳比，T是(shi)活(huo)化溫度。氮吸附等溫線顯(xian)示(a)以及相應(ying)的孔徑分(fen)布曲線(b)。

　　活性炭的(de)氫(qing)儲(chu)存能力(li)

　　活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲(chu)存(cun)需要(yao)具有*大表面(mian)(mian)積(ji)(ji)和適當尺寸的(de)(de)(de)孔(kong)。在(zai)(zai)-196和25℃使用(yong)(yong)重量(liang)法HidenXEMIS在(zai)(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力范圍內研(yan)究(jiu)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲(chu)氫(qing)(qing)能力。圖2顯(xian)示了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)-196℃過量(liang)和總(zong)氫(qing)(qing)吸收(shou)等(deng)溫線。對于所有CA-4T氫(qing)(qing)吸收(shou)是(shi)(shi)可逆的(de)(de)(de)，沒(mei)有滯后(hou)，在(zai)(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力范圍內沒(mei)有飽和。首先，我(wo)們注意(yi)到1巴(ba)的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸收(shou)非常(chang)令人(ren)印象(xiang)深刻.1-3.9wt在(zai)(zai)%的(de)(de)(de)范圍內。這種(zhong)儲(chu)氫(qing)(qing)比任何在(zai)(zai)2-3重量(liang)%范圍內的(de)(de)(de)報告高(gao)(gao)得多(duo)。我(wo)們將這種(zhong)特別(bie)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)吸收(shou)特性(xing)(xing)歸(gui)因于非常(chang)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)微(wei)孔(kong)表面(mian)(mian)積(ji)(ji)和富(fu)氧表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)組合，特別(bie)是(shi)(shi)3.9重量(liang)%的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)CA-4700。富(fu)氧表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)是(shi)(shi)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣(yang)品(pin)CA-4600，雖然(ran)總(zong)表面(mian)(mian)積(ji)(ji)和微(wei)孔(kong)表面(mian)(mian)適中(zhong)，但其吸收(shou)率(lv)仍遠(yuan)高(gao)(gao)于以前(qian)發(fa)現的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料(liao)。研(yan)究(jiu)發(fa)現，有氧官能團的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)效果預計在(zai)(zai)低壓(ya)(ya)下(xia)*大，氫(qing)(qing)與表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)相互作(zuo)用(yong)(yong)比在(zai)(zai)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)下(xia)更重要(yao)，氫(qing)(qing)通過空間填(tian)充機制更有可能被吸收(shou)。

　　-196℃過量的活性炭和總氫吸收。

　　利用(yong)醋(cu)酸纖(xian)(xian)維(wei)素的(de)水熱碳化產生水合物，在活化過(guo)程中產生富氧活性(xing)炭。這(zhe)種活性(xing)炭表(biao)(biao)觀面積很高，表(biao)(biao)面積大部分，微(wei)孔(kong)產生率達(da)(da)到92%。活性(xing)炭只有(you)一小(xiao)部分大于2納米的(de)孔(kong)。通過(guo)IR和XPS氧官能團已(yi)被證(zheng)實(COOH，C-OH和O-C=O)的(de)存在。與其他(ta)前體(ti)（如(ru)纖(xian)(xian)維(wei)素、木質素、鋸末、淀粉等）制(zhi)成的(de)活性(xing)炭進行比較分析，表(biao)(biao)明(ming)醋(cu)酸纖(xian)(xian)維(wei)素衍(yan)生的(de)活性(xing)炭富含氧氣和高微(wei)孔(kong)。活性(xing)炭在-196°C重量儲氫(qing)能力增強(qiang)，高達(da)(da)8.1wt%(總吸(xi)收(shou))和7.0wt20巴(過(guo)度吸(xi)收(shou))在30巴下升(sheng)至8.9wt%(總吸(xi)收(shou))和7.2wt%(過(guo)度吸(xi)收(shou))。活性(xing)炭在室溫(wen)下也表(biao)(biao)現出優(you)異(yi)的(de)氫(qing)吸(xi)收(shou)。這(zhe)些(xie)足以證(zheng)明(ming)富氧活性(xing)炭優(you)秀的(de)儲氫(qing)能力。