富(fu)氧活(huo)性炭(tan)的儲氫能(neng)力(li)

　　富氧活性炭的(de)儲氫(qing)(qing)能(neng)力已被廣(guang)泛研究用于儲氫(qing)(qing)，但到目前(qian)為(wei)止(zhi)，它(ta)們的(de)儲存(cun)能(neng)力似乎有(you)上限。在這里，為(wei)了避(bi)免這個上限，我(wo)們研究了富(fu)氧活(huo)性(xing)(xing)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(xing)(xing)炭(tan)，結合各種優點，具有(you)高(gao)表面(mian)積和孔隙(xi)體積，其自身(shen)孔隙(xi)幾乎完全具有(you)微孔特性(xing)(xing)(微孔含量(liang)超過90%)，具有(you)富(fu)氧特性(xing)(xing)。

　　氫(qing)作(zuo)為機動車(che)輛(liang)中的(de)(de)(de)汽油(you)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，具(ju)有(you)一定的(de)(de)(de)吸引力，作(zuo)為氫(qing)經(jing)濟(ji)的(de)(de)(de)一部分(fen)(fen)。與(yu)(yu)目前(qian)使用(yong)的(de)(de)(de)化(hua)石燃(ran)料(liao)(liao)(liao)相比，氫(qing)作(zuo)為燃(ran)料(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)更有(you)利(li)的(de)(de)(de)優(you)勢，包括潛(qian)在(zai)的(de)(de)(de)可再生(sheng)和對環境友好(hao)性（氫(qing)燃(ran)燒或電化(hua)學氧化(hua)的(de)(de)(de)**副(fu)產(chan)品是(shi)(shi)水，這(zhe)將減少CO2排放)，以(yi)及具(ju)有(you)高重(zhong)量(liang)能量(liang)密(mi)度(du)。然(ran)而(er)，氫(qing)作(zuo)為一種可行的(de)(de)(de)車(che)輛(liang)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，在(zai)運輸和應用(yong)中存在(zai)一些(xie)問題。因(yin)此，儲(chu)存固體(ti)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中的(de)(de)(de)氫(qing)是(shi)(shi)更好(hao)地使用(yong)氫(qing)的(de)(de)(de)關鍵(jian)。氫(qing)吸收的(de)(de)(de)*重(zhong)要因(yin)素是(shi)(shi)表面(mian)積、孔體(ti)積和孔徑。特別是(shi)(shi)儲(chu)存在(zai)活(huo)性炭(tan)氫(qing)量(liang)之間(jian)的(de)(de)(de)鏈路。然(ran)而(er)，儲(chu)存在(zai)活(huo)性炭(tan)中的(de)(de)(de)氫(qing)的(de)(de)(de)量(liang)仍然(ran)受到分(fen)(fen)子(zi)氫(qing)與(yu)(yu)孔壁表面(mian)之間(jian)弱相互作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)限制。理想(xiang)的(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)儲(chu)氫(qing)材(cai)料(liao)(liao)(liao)具(ju)有(you)與(yu)(yu)吸附氫(qing)分(fen)(fen)子(zi)儲(chu)存相互作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)高表面(mian)積。

　　因此，在本研究中，我們利用(yong)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)前體的(de)類型(xing)與(yu)*終活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)性質之間的(de)關系來(lai)生成一組具有高(gao)表面(mian)積、高(gao)水平微孔率、高(gao)氧含量(liang)和(he)相似孔徑的(de)多孔碳。并研究了富(fu)氧活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)的(de)特性及其(qi)吸氫性能，并將其(qi)與(yu)其(qi)它材料(liao)(liao)進(jin)行了比(bi)(bi)較(jiao)。為(wei)了探測表面(mian)氧對(dui)活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)氫吸收性能的(de)影(ying)響(xiang)，我們設計了活(huo)(huo)(huo)性炭(tan)(tan)(tan)合成方法來(lai)生成高(gao)氧含量(liang)的(de)材料(liao)(liao)。因此，我們使用(yong)醋酸纖維(wei)素，它被(bei)稱為(wei)CA(并且具有0.93的(de)O/C原(yuan)子比(bi)(bi))作為(wei)起始材料(liao)(liao)，而不是0.83的(de)O/C比(bi)(bi)纖維(wei)素。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富(fu)氧(yang)活(huo)性炭，石墨化水平(ping)低。活(huo)性炭顯(xian)示(shi)孔(kong)隙率(lv)(lv)主要來自(zi)微孔(kong)高水平(ping)，用(yong)(yong)作儲氫材(cai)料是(shi)有用(yong)(yong)的(de)(de)。利用(yong)(yong)氮(dan)吸附(fu)分析(xi)檢測活(huo)性炭的(de)(de)孔(kong)隙率(lv)(lv)。如圖1所示(shi)a所示(shi)。所有三(san)個(ge)樣品都(dou)顯(xian)示(shi)了通(tong)常從微孔(kong)材(cai)料中(zhong)(zhong)獲得的(de)(de)I型等(deng)溫線。活(huo)化溫度從6000開始℃變化到700℃，吸附(fu)氮(dan)量（碳中(zhong)(zhong)孔(kong)隙率(lv)(lv)）顯(xian)著增(zeng)加，然(ran)(ran)后在800℃樣品下降。然(ran)(ran)而，等(deng)溫線的(de)(de)形狀幾乎沒(mei)有變化，這表明盡管孔(kong)隙率(lv)(lv)大大增(zeng)加，但仍保(bao)持微孔(kong)的(de)(de)水平(ping)。活(huo)性炭增(zeng)加的(de)(de)總(zong)孔(kong)隙率(lv)(lv)通(tong)常與等(deng)溫線形狀的(de)(de)變化有關，特別(bie)是(shi)加寬吸附(fu)。

　　活(huo)性炭(tan)的孔隙(xi)率。活(huo)化碳標記為CA-4T，其中4是活(huo)化KOH/碳比，T是活(huo)化溫(wen)度。氮吸附等溫(wen)線顯示(a)以(yi)及相(xiang)應的孔徑分布(bu)曲線(b)。

　　活性炭的氫(qing)儲存能力

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲存需要具有(you)(you)*大表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和(he)適當(dang)尺寸的(de)(de)(de)孔。在(zai)(zai)-196和(he)25℃使(shi)用(yong)(yong)重(zhong)(zhong)量(liang)法(fa)HidenXEMIS在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)范圍內(nei)(nei)(nei)研究活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲氫(qing)(qing)能力(li)(li)。圖2顯示了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)-196℃過量(liang)和(he)總氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)等溫線。對(dui)于(yu)所(suo)有(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)是可逆的(de)(de)(de)，沒有(you)(you)滯(zhi)后(hou)，在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)范圍內(nei)(nei)(nei)沒有(you)(you)飽和(he)。首(shou)先，我們注意(yi)到1巴的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)非(fei)常令(ling)人印象深(shen)刻(ke).1-3.9wt在(zai)(zai)%的(de)(de)(de)范圍內(nei)(nei)(nei)。這種儲氫(qing)(qing)比任何在(zai)(zai)2-3重(zhong)(zhong)量(liang)%范圍內(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)報(bao)告高得多(duo)。我們將這種特(te)別高的(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)特(te)性(xing)(xing)歸因于(yu)非(fei)常高的(de)(de)(de)微(wei)孔表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和(he)富(fu)氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)組合，特(te)別是3.9重(zhong)(zhong)量(liang)%的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品CA-4700。富(fu)氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)是活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品CA-4600，雖(sui)然總表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和(he)微(wei)孔表(biao)面(mian)(mian)適中，但(dan)其吸(xi)收(shou)率(lv)仍遠高于(yu)以前發現的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料。研究發現，有(you)(you)氧(yang)官能團的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)效果(guo)預計在(zai)(zai)低壓(ya)下*大，氫(qing)(qing)與(yu)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)比在(zai)(zai)高壓(ya)下更(geng)重(zhong)(zhong)要，氫(qing)(qing)通過空(kong)間填充(chong)機制(zhi)更(geng)有(you)(you)可能被吸(xi)收(shou)。

　　-196℃過量的活(huo)性(xing)炭和總(zong)氫吸收(shou)。

　　利用醋(cu)(cu)酸(suan)纖維(wei)素的(de)水熱碳化產生(sheng)水合物，在(zai)活化過(guo)程中產生(sheng)富(fu)氧活性炭(tan)(tan)。這種活性炭(tan)(tan)表(biao)觀面積很高，表(biao)面積大(da)部(bu)分(fen)，微孔(kong)產生(sheng)率(lv)達(da)到92%。活性炭(tan)(tan)只有一小部(bu)分(fen)大(da)于2納米的(de)孔(kong)。通過(guo)IR和(he)(he)XPS氧官能(neng)團已被(bei)證(zheng)實(shi)(COOH，C-OH和(he)(he)O-C=O)的(de)存在(zai)。與其他前體（如纖維(wei)素、木質素、鋸末、淀粉(fen)等）制成的(de)活性炭(tan)(tan)進行比(bi)較分(fen)析(xi)，表(biao)明醋(cu)(cu)酸(suan)纖維(wei)素衍生(sheng)的(de)活性炭(tan)(tan)富(fu)含氧氣(qi)和(he)(he)高微孔(kong)。活性炭(tan)(tan)在(zai)-196°C重量儲氫能(neng)力增強，高達(da)8.1wt%(總吸收(shou)(shou))和(he)(he)7.0wt20巴(過(guo)度吸收(shou)(shou))在(zai)30巴下升(sheng)至8.9wt%(總吸收(shou)(shou))和(he)(he)7.2wt%(過(guo)度吸收(shou)(shou))。活性炭(tan)(tan)在(zai)室溫下也表(biao)現(xian)出優異(yi)的(de)氫吸收(shou)(shou)。這些足以證(zheng)明富(fu)氧活性炭(tan)(tan)優秀(xiu)的(de)儲氫能(neng)力。