富氧活性炭的(de)儲氫能力(li)

　　富氧活性炭的儲氫能(neng)力(li)已被廣泛研(yan)究(jiu)用于儲氫，但到目前為止，它(ta)們的儲存(cun)能(neng)力(li)似乎(hu)有上(shang)限。在(zai)這里(li)，為了(le)避免這個上(shang)限，我們研(yan)究(jiu)了(le)富(fu)氧活性(xing)炭的能(neng)力(li)。本文介紹(shao)了(le)醋酸纖維素制成的活性(xing)炭，結合各種(zhong)優點，具(ju)有高(gao)表面積和(he)孔(kong)隙體積，其自身孔(kong)隙幾(ji)乎(hu)完全具(ju)有微(wei)孔(kong)特性(xing)(微(wei)孔(kong)含量(liang)超過90%)，具(ju)有富(fu)氧特性(xing)。

　　氫(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)機動車輛(liang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，具有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸引(yin)力(li)，作(zuo)為(wei)(wei)(wei)氫(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)部分。與目前使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化石燃(ran)料(liao)(liao)(liao)相比，氫(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)具有(you)更有(you)利的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢，包括潛在的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可再生和對(dui)環(huan)境友好(hao)性(xing)（氫(qing)(qing)燃(ran)燒(shao)或電(dian)化學氧化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)**副產(chan)品是(shi)水(shui)，這將減少CO2排放)，以及具有(you)高重(zhong)量(liang)(liang)能量(liang)(liang)密度(du)。然(ran)(ran)而，氫(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)一(yi)種可行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)車輛(liang)燃(ran)料(liao)(liao)(liao)，在運輸和應用中存在一(yi)些問題。因(yin)此，儲(chu)存固體材料(liao)(liao)(liao)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)是(shi)更好(hao)地使用氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)吸收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)*重(zhong)要因(yin)素是(shi)表面(mian)積(ji)、孔(kong)體積(ji)和孔(kong)徑。特別(bie)是(shi)儲(chu)存在活(huo)性(xing)炭(tan)氫(qing)(qing)量(liang)(liang)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鏈(lian)路。然(ran)(ran)而，儲(chu)存在活(huo)性(xing)炭(tan)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)仍(reng)然(ran)(ran)受到分子氫(qing)(qing)與孔(kong)壁表面(mian)之間弱相互作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)限(xian)制。理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)儲(chu)氫(qing)(qing)材料(liao)(liao)(liao)具有(you)與吸附氫(qing)(qing)分子儲(chu)存相互作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高表面(mian)積(ji)。

　　因此，在(zai)本(ben)研(yan)究(jiu)中，我們利用(yong)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)前體(ti)的類型(xing)與*終活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的性(xing)(xing)(xing)(xing)質之間的關系(xi)來生(sheng)成(cheng)一組具有高(gao)表面(mian)積、高(gao)水平微孔率(lv)、高(gao)氧(yang)含量和(he)相(xiang)似(si)孔徑的多孔碳。并研(yan)究(jiu)了(le)(le)富氧(yang)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的特性(xing)(xing)(xing)(xing)及其(qi)吸(xi)氫性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，并將其(qi)與其(qi)它(ta)材料進行(xing)了(le)(le)比較。為了(le)(le)探測(ce)表面(mian)氧(yang)對活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)氫吸(xi)收性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的影響，我們設計了(le)(le)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)合(he)成(cheng)方(fang)法來生(sheng)成(cheng)高(gao)氧(yang)含量的材料。因此，我們使用(yong)醋酸纖維(wei)素(su)(su)，它(ta)被稱為CA(并且具有0.93的O/C原子(zi)比)作(zuo)為起(qi)始(shi)材料，而(er)不是0.83的O/C比纖維(wei)素(su)(su)。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富氧活(huo)(huo)性(xing)炭，石墨化(hua)水(shui)(shui)平低(di)。活(huo)(huo)性(xing)炭顯(xian)示(shi)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)主要來自微孔(kong)(kong)(kong)高水(shui)(shui)平，用(yong)作儲氫(qing)材料是有(you)用(yong)的(de)(de)。利(li)用(yong)氮(dan)吸(xi)附(fu)分析(xi)檢測活(huo)(huo)性(xing)炭的(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)。如(ru)圖1所示(shi)a所示(shi)。所有(you)三個樣品都(dou)顯(xian)示(shi)了通常(chang)(chang)從微孔(kong)(kong)(kong)材料中獲得的(de)(de)I型(xing)等(deng)溫(wen)線(xian)(xian)。活(huo)(huo)化(hua)溫(wen)度(du)從6000開始(shi)℃變(bian)化(hua)到(dao)700℃，吸(xi)附(fu)氮(dan)量(liang)（碳中孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)）顯(xian)著增(zeng)加(jia)(jia)，然后在800℃樣品下降。然而(er)，等(deng)溫(wen)線(xian)(xian)的(de)(de)形(xing)狀幾乎沒有(you)變(bian)化(hua)，這(zhe)表(biao)明盡管(guan)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)大大增(zeng)加(jia)(jia)，但仍(reng)保(bao)持(chi)微孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)水(shui)(shui)平。活(huo)(huo)性(xing)炭增(zeng)加(jia)(jia)的(de)(de)總孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)率(lv)通常(chang)(chang)與等(deng)溫(wen)線(xian)(xian)形(xing)狀的(de)(de)變(bian)化(hua)有(you)關(guan)，特別是加(jia)(jia)寬吸(xi)附(fu)。

　　活(huo)(huo)性炭的(de)(de)孔隙率。活(huo)(huo)化(hua)碳(tan)標記(ji)為CA-4T，其中(zhong)4是(shi)活(huo)(huo)化(hua)KOH/碳(tan)比(bi)，T是(shi)活(huo)(huo)化(hua)溫度。氮吸附等溫線顯示(shi)(a)以及相應的(de)(de)孔徑分布曲線(b)。

　　活性炭的氫儲存能力

　　活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)中的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲(chu)存需要具(ju)有(you)*大(da)(da)表(biao)面(mian)(mian)積和(he)適(shi)當尺寸(cun)的(de)(de)(de)孔(kong)。在(zai)(zai)-196和(he)25℃使(shi)用重(zhong)(zhong)量(liang)法HidenXEMIS在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)壓(ya)力范圍(wei)(wei)內(nei)(nei)研究活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲(chu)氫(qing)(qing)能力。圖(tu)2顯(xian)示了(le)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)在(zai)(zai)-196℃過量(liang)和(he)總氫(qing)(qing)吸收(shou)等溫線。對于所有(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸收(shou)是(shi)可(ke)逆的(de)(de)(de)，沒有(you)滯(zhi)后，在(zai)(zai)0-30巴的(de)(de)(de)壓(ya)力范圍(wei)(wei)內(nei)(nei)沒有(you)飽和(he)。首先，我們(men)注(zhu)意(yi)到1巴的(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸收(shou)非常令人印(yin)象深(shen)刻.1-3.9wt在(zai)(zai)%的(de)(de)(de)范圍(wei)(wei)內(nei)(nei)。這(zhe)種儲(chu)氫(qing)(qing)比任(ren)何(he)在(zai)(zai)2-3重(zhong)(zhong)量(liang)%范圍(wei)(wei)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)報告高得(de)多(duo)。我們(men)將這(zhe)種特別(bie)高的(de)(de)(de)吸收(shou)特性(xing)(xing)歸因于非常高的(de)(de)(de)微孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)積和(he)富氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)組合，特別(bie)是(shi)3.9重(zhong)(zhong)量(liang)%的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品CA-4700。富氧(yang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)作用是(shi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)樣品CA-4600，雖然總表(biao)面(mian)(mian)積和(he)微孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)適(shi)中，但其(qi)吸收(shou)率仍遠高于以前(qian)發現的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)材料(liao)。研究發現，有(you)氧(yang)官(guan)能團的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)效(xiao)果(guo)預(yu)計在(zai)(zai)低壓(ya)下*大(da)(da)，氫(qing)(qing)與表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)相(xiang)互作用比在(zai)(zai)高壓(ya)下更重(zhong)(zhong)要，氫(qing)(qing)通過空間填充機制(zhi)更有(you)可(ke)能被吸收(shou)。

　　-196℃過量的活性炭和總氫吸(xi)收。

　　利(li)用醋(cu)酸纖(xian)維素(su)的(de)(de)水(shui)熱碳(tan)化產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)水(shui)合(he)物，在(zai)活化過(guo)程中產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)富氧(yang)(yang)活性(xing)炭(tan)(tan)。這種(zhong)活性(xing)炭(tan)(tan)表(biao)觀面積很(hen)高(gao)，表(biao)面積大部(bu)分，微孔(kong)產(chan)(chan)生(sheng)(sheng)率達到92%。活性(xing)炭(tan)(tan)只有一小部(bu)分大于2納米(mi)的(de)(de)孔(kong)。通過(guo)IR和(he)XPS氧(yang)(yang)官能團已被證(zheng)實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的(de)(de)存在(zai)。與其他前體（如纖(xian)維素(su)、木質(zhi)素(su)、鋸(ju)末、淀粉等）制成的(de)(de)活性(xing)炭(tan)(tan)進行(xing)比較(jiao)分析(xi)，表(biao)明(ming)(ming)醋(cu)酸纖(xian)維素(su)衍(yan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)活性(xing)炭(tan)(tan)富含(han)氧(yang)(yang)氣和(he)高(gao)微孔(kong)。活性(xing)炭(tan)(tan)在(zai)-196°C重量儲氫(qing)(qing)能力增強，高(gao)達8.1wt%(總吸(xi)(xi)收(shou))和(he)7.0wt20巴(ba)(過(guo)度吸(xi)(xi)收(shou))在(zai)30巴(ba)下升至(zhi)8.9wt%(總吸(xi)(xi)收(shou))和(he)7.2wt%(過(guo)度吸(xi)(xi)收(shou))。活性(xing)炭(tan)(tan)在(zai)室溫下也表(biao)現出(chu)優(you)異的(de)(de)氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)。這些(xie)足(zu)以證(zheng)明(ming)(ming)富氧(yang)(yang)活性(xing)炭(tan)(tan)優(you)秀的(de)(de)儲氫(qing)(qing)能力。