富(fu)氧活性炭的(de)儲氫能力

　　富氧活性炭的儲(chu)氫(qing)(qing)能(neng)力(li)已被廣泛研究用于儲(chu)氫(qing)(qing)，但(dan)到目前為止(zhi)，它們(men)的儲(chu)存(cun)能(neng)力(li)似乎有上(shang)限(xian)。在這(zhe)里(li)，為了避免(mian)這(zhe)個上(shang)限(xian)，我(wo)們(men)研究了富(fu)氧活性(xing)(xing)炭的能(neng)力(li)。本文介紹了醋酸纖(xian)維素制成的活性(xing)(xing)炭，結(jie)合(he)各種優點，具有高(gao)表面積和(he)孔(kong)隙(xi)(xi)體(ti)積，其自身孔(kong)隙(xi)(xi)幾(ji)乎完全具有微孔(kong)特性(xing)(xing)(微孔(kong)含量超過90%)，具有富(fu)氧特性(xing)(xing)。

　　氫(qing)(qing)(qing)作為(wei)機(ji)動車輛中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)料，具(ju)有一定的(de)(de)(de)(de)(de)吸引力(li)，作為(wei)氫(qing)(qing)(qing)經濟(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)一部分。與(yu)目前使用的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)石燃(ran)料相比，氫(qing)(qing)(qing)作為(wei)燃(ran)料具(ju)有更(geng)有利的(de)(de)(de)(de)(de)優(you)勢，包括潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)再生和對環境友好性(xing)（氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)燒或電化(hua)學氧化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)**副(fu)產(chan)品是(shi)水，這(zhe)將(jiang)減(jian)少CO2排(pai)放)，以及具(ju)有高(gao)(gao)重量(liang)能量(liang)密度。然而，氫(qing)(qing)(qing)作為(wei)一種可(ke)行的(de)(de)(de)(de)(de)車輛燃(ran)料，在(zai)運輸和應用中(zhong)存(cun)(cun)在(zai)一些問題。因此，儲(chu)存(cun)(cun)固體(ti)材料中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)是(shi)更(geng)好地(di)使用氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)(qing)吸收的(de)(de)(de)(de)(de)*重要因素是(shi)表(biao)面積、孔體(ti)積和孔徑。特別是(shi)儲(chu)存(cun)(cun)在(zai)活性(xing)炭氫(qing)(qing)(qing)量(liang)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)鏈路。然而，儲(chu)存(cun)(cun)在(zai)活性(xing)炭中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)仍然受到分子氫(qing)(qing)(qing)與(yu)孔壁表(biao)面之(zhi)間(jian)弱(ruo)相互作用的(de)(de)(de)(de)(de)限制。理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)炭儲(chu)氫(qing)(qing)(qing)材料具(ju)有與(yu)吸附氫(qing)(qing)(qing)分子儲(chu)存(cun)(cun)相互作用的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)表(biao)面積。

　　因此(ci)，在(zai)本研究中，我們(men)利用(yong)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭前體(ti)的(de)類型與*終活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)之間的(de)關系(xi)來(lai)生成一組具有高(gao)表(biao)(biao)面積、高(gao)水平微孔率、高(gao)氧(yang)含量和相似孔徑的(de)多孔碳。并(bing)(bing)研究了富(fu)氧(yang)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭的(de)特性(xing)(xing)(xing)及其吸氫性(xing)(xing)(xing)能(neng)，并(bing)(bing)將其與其它材(cai)料進(jin)行了比較。為了探測表(biao)(biao)面氧(yang)對活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭氫吸收性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)影響，我們(men)設計了活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭合成方法來(lai)生成高(gao)氧(yang)含量的(de)材(cai)料。因此(ci)，我們(men)使用(yong)醋酸纖維(wei)(wei)素(su)(su)，它被稱為CA(并(bing)(bing)且具有0.93的(de)O/C原子比)作為起始材(cai)料，而不是0.83的(de)O/C比纖維(wei)(wei)素(su)(su)。

　　多孔活性炭

　　合成(cheng)富氧活(huo)(huo)性炭(tan)，石墨化(hua)(hua)(hua)水(shui)平低(di)。活(huo)(huo)性炭(tan)顯示(shi)孔(kong)(kong)隙率主(zhu)要來自微孔(kong)(kong)高水(shui)平，用(yong)(yong)作儲(chu)氫材料是(shi)有(you)用(yong)(yong)的(de)。利(li)用(yong)(yong)氮吸附分析檢測活(huo)(huo)性炭(tan)的(de)孔(kong)(kong)隙率。如圖1所(suo)示(shi)a所(suo)示(shi)。所(suo)有(you)三(san)個樣品(pin)都顯示(shi)了通常從微孔(kong)(kong)材料中(zhong)獲得的(de)I型等(deng)(deng)溫(wen)線(xian)(xian)。活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度從6000開(kai)始℃變(bian)化(hua)(hua)(hua)到700℃，吸附氮量(liang)（碳中(zhong)孔(kong)(kong)隙率）顯著增(zeng)加(jia)(jia)，然(ran)后(hou)在800℃樣品(pin)下降。然(ran)而，等(deng)(deng)溫(wen)線(xian)(xian)的(de)形狀幾乎沒有(you)變(bian)化(hua)(hua)(hua)，這表明盡管孔(kong)(kong)隙率大(da)大(da)增(zeng)加(jia)(jia)，但仍保持微孔(kong)(kong)的(de)水(shui)平。活(huo)(huo)性炭(tan)增(zeng)加(jia)(jia)的(de)總孔(kong)(kong)隙率通常與等(deng)(deng)溫(wen)線(xian)(xian)形狀的(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)有(you)關，特別是(shi)加(jia)(jia)寬吸附。

　　活(huo)性炭的孔隙率。活(huo)化碳標記為(wei)CA-4T，其中4是(shi)活(huo)化KOH/碳比(bi)，T是(shi)活(huo)化溫度(du)。氮吸附(fu)等(deng)溫線(xian)顯示(a)以及相應的孔徑分布曲線(xian)(b)。

　　活性(xing)炭的氫儲存(cun)能力

　　活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的(de)(de)(de)氫(qing)儲存需要(yao)具(ju)有(you)(you)*大表(biao)(biao)面(mian)積(ji)和(he)(he)(he)適當尺寸(cun)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)。在(zai)(zai)(zai)(zai)-196和(he)(he)(he)25℃使用重(zhong)量(liang)法HidenXEMIS在(zai)(zai)(zai)(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力范(fan)圍內研究活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲氫(qing)能力。圖2顯(xian)示了活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)(zai)(zai)-196℃過(guo)量(liang)和(he)(he)(he)總氫(qing)吸(xi)收等溫線。對于所(suo)有(you)(you)CA-4T氫(qing)吸(xi)收是可(ke)逆的(de)(de)(de)，沒(mei)有(you)(you)滯后，在(zai)(zai)(zai)(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力范(fan)圍內沒(mei)有(you)(you)飽和(he)(he)(he)。首先，我們注(zhu)意到1巴(ba)的(de)(de)(de)氫(qing)吸(xi)收非常令人印象深(shen)刻.1-3.9wt在(zai)(zai)(zai)(zai)%的(de)(de)(de)范(fan)圍內。這種(zhong)儲氫(qing)比任何在(zai)(zai)(zai)(zai)2-3重(zhong)量(liang)%范(fan)圍內的(de)(de)(de)報告高得多。我們將這種(zhong)特別高的(de)(de)(de)吸(xi)收特性(xing)(xing)歸因(yin)于非常高的(de)(de)(de)微孔(kong)(kong)表(biao)(biao)面(mian)積(ji)和(he)(he)(he)富(fu)氧表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)組合，特別是3.9重(zhong)量(liang)%的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品CA-4700。富(fu)氧表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)作用是活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品CA-4600，雖(sui)然總表(biao)(biao)面(mian)積(ji)和(he)(he)(he)微孔(kong)(kong)表(biao)(biao)面(mian)適中，但其(qi)吸(xi)收率仍遠高于以前發現(xian)的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材(cai)料(liao)。研究發現(xian)，有(you)(you)氧官(guan)能團的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)效果預計在(zai)(zai)(zai)(zai)低壓(ya)(ya)下*大，氫(qing)與(yu)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)相互作用比在(zai)(zai)(zai)(zai)高壓(ya)(ya)下更重(zhong)要(yao)，氫(qing)通過(guo)空間(jian)填充機制更有(you)(you)可(ke)能被吸(xi)收。

　　-196℃過量的活(huo)性炭和總氫吸收。

　　利用醋酸纖(xian)維素的水熱(re)碳化產生水合物，在活化過(guo)程中產生富氧活性炭。這種(zhong)活性炭表觀面(mian)(mian)積很高，表面(mian)(mian)積大(da)部(bu)分(fen)，微(wei)孔(kong)產生率達(da)到92%。活性炭只有一小部(bu)分(fen)大(da)于(yu)2納米的孔(kong)。通過(guo)IR和(he)XPS氧官能(neng)(neng)團已(yi)被證(zheng)實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的存(cun)在。與其他(ta)前體（如纖(xian)維素、木(mu)質素、鋸末(mo)、淀粉等）制(zhi)成的活性炭進行(xing)比較分(fen)析，表明醋酸纖(xian)維素衍生的活性炭富含氧氣和(he)高微(wei)孔(kong)。活性炭在-196°C重(zhong)量儲氫(qing)能(neng)(neng)力增強(qiang)，高達(da)8.1wt%(總吸(xi)收)和(he)7.0wt20巴(過(guo)度吸(xi)收)在30巴下升至8.9wt%(總吸(xi)收)和(he)7.2wt%(過(guo)度吸(xi)收)。活性炭在室溫下也表現出(chu)優異的氫(qing)吸(xi)收。這些足(zu)以證(zheng)明富氧活性炭優秀的儲氫(qing)能(neng)(neng)力。