富(fu)氧活(huo)性炭的儲(chu)氫能力

　　富氧活性炭的(de)儲氫(qing)能(neng)(neng)力已(yi)被廣泛研(yan)究用于(yu)儲氫(qing)，但到目(mu)前(qian)為(wei)止，它們(men)的(de)儲存能(neng)(neng)力似(si)乎(hu)有(you)上限。在(zai)這里，為(wei)了(le)避免這個上限，我(wo)們(men)研(yan)究了(le)富氧(yang)活性(xing)炭(tan)的(de)能(neng)(neng)力。本(ben)文介紹了(le)醋酸纖(xian)維(wei)素(su)制成的(de)活性(xing)炭(tan)，結合各種優點，具(ju)(ju)有(you)高表(biao)面積(ji)和孔(kong)隙體積(ji)，其自(zi)身(shen)孔(kong)隙幾(ji)乎(hu)完全具(ju)(ju)有(you)微孔(kong)特性(xing)(微孔(kong)含量超過90%)，具(ju)(ju)有(you)富氧(yang)特性(xing)。

　　氫作(zuo)為(wei)(wei)機動車輛(liang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)料(liao)，具(ju)(ju)有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)引力，作(zuo)為(wei)(wei)氫經濟(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)部(bu)分(fen)(fen)。與目前使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)相(xiang)比，氫作(zuo)為(wei)(wei)燃(ran)料(liao)具(ju)(ju)有(you)更有(you)利的(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢，包括潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可再生和(he)對環境(jing)友好性（氫燃(ran)燒或電化(hua)(hua)學(xue)氧(yang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)**副產(chan)品是水，這將減少(shao)CO2排放)，以(yi)及具(ju)(ju)有(you)高重量能量密度(du)。然(ran)而(er)，氫作(zuo)為(wei)(wei)一(yi)種可行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)車輛(liang)燃(ran)料(liao)，在(zai)運(yun)輸和(he)應用中存(cun)在(zai)一(yi)些問題。因(yin)此，儲存(cun)固體(ti)材料(liao)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫是更好地使(shi)用氫的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。氫吸(xi)收的(de)(de)(de)(de)(de)(de)*重要(yao)因(yin)素是表(biao)面積、孔(kong)體(ti)積和(he)孔(kong)徑。特別是儲存(cun)在(zai)活(huo)性炭(tan)氫量之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鏈路(lu)。然(ran)而(er)，儲存(cun)在(zai)活(huo)性炭(tan)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氫的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量仍(reng)然(ran)受到分(fen)(fen)子(zi)氫與孔(kong)壁表(biao)面之(zhi)間弱相(xiang)互作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)限制。理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)儲氫材料(liao)具(ju)(ju)有(you)與吸(xi)附氫分(fen)(fen)子(zi)儲存(cun)相(xiang)互作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高表(biao)面積。

　　因此，在本研究中，我(wo)們(men)利(li)用活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)前體的(de)類型與*終活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)性(xing)(xing)質之間的(de)關系來(lai)生成(cheng)一組具有高(gao)表面積、高(gao)水(shui)平(ping)微孔(kong)率、高(gao)氧含量和相(xiang)似(si)孔(kong)徑的(de)多(duo)孔(kong)碳。并(bing)(bing)研究了富氧活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)的(de)特性(xing)(xing)及其(qi)吸氫(qing)性(xing)(xing)能，并(bing)(bing)將其(qi)與其(qi)它材(cai)料(liao)進行(xing)了比較。為了探測表面氧對活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)氫(qing)吸收性(xing)(xing)能的(de)影響，我(wo)們(men)設(she)計了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)合(he)成(cheng)方法來(lai)生成(cheng)高(gao)氧含量的(de)材(cai)料(liao)。因此，我(wo)們(men)使用醋酸纖維素，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(liao)，而不是0.83的(de)O/C比纖維素。

　　多孔活性炭

　　合(he)成富氧活性炭，石墨化(hua)(hua)(hua)水平低。活性炭顯示(shi)(shi)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率主要來(lai)自微(wei)孔(kong)(kong)(kong)高水平，用作儲氫材料(liao)(liao)是有(you)用的(de)。利(li)用氮(dan)吸附(fu)分(fen)析檢測活性炭的(de)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率。如(ru)圖1所(suo)示(shi)(shi)a所(suo)示(shi)(shi)。所(suo)有(you)三個樣(yang)品都顯示(shi)(shi)了通常(chang)(chang)從微(wei)孔(kong)(kong)(kong)材料(liao)(liao)中獲得的(de)I型等(deng)溫(wen)線(xian)。活化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度從6000開始℃變(bian)化(hua)(hua)(hua)到700℃，吸附(fu)氮(dan)量(liang)（碳中孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率）顯著增(zeng)加，然(ran)后在800℃樣(yang)品下(xia)降。然(ran)而，等(deng)溫(wen)線(xian)的(de)形狀(zhuang)幾乎沒有(you)變(bian)化(hua)(hua)(hua)，這表(biao)明盡管孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率大大增(zeng)加，但仍(reng)保(bao)持微(wei)孔(kong)(kong)(kong)的(de)水平。活性炭增(zeng)加的(de)總(zong)孔(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率通常(chang)(chang)與等(deng)溫(wen)線(xian)形狀(zhuang)的(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)有(you)關(guan)，特別是加寬吸附(fu)。

　　活性炭的孔隙率(lv)。活化(hua)碳(tan)(tan)標記為CA-4T，其(qi)中4是(shi)活化(hua)KOH/碳(tan)(tan)比，T是(shi)活化(hua)溫度。氮(dan)吸附等(deng)溫線(xian)顯示(a)以及相應的孔徑分布曲線(xian)(b)。

　　活性炭的(de)氫(qing)儲存能力

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中的(de)(de)氫(qing)儲存(cun)需要具有(you)*大(da)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和(he)適當尺寸的(de)(de)孔(kong)。在(zai)-196和(he)25℃使用(yong)重(zhong)量法HidenXEMIS在(zai)0-30巴(ba)(ba)的(de)(de)壓力范(fan)圍內(nei)研究活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)儲氫(qing)能力。圖2顯(xian)示(shi)了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)在(zai)-196℃過量和(he)總(zong)氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)等溫(wen)線。對于(yu)所有(you)CA-4T氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)是(shi)可(ke)(ke)逆的(de)(de)，沒有(you)滯后，在(zai)0-30巴(ba)(ba)的(de)(de)壓力范(fan)圍內(nei)沒有(you)飽和(he)。首先，我們注意到1巴(ba)(ba)的(de)(de)氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)非常令(ling)人印象深刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)范(fan)圍內(nei)。這(zhe)種儲氫(qing)比任何在(zai)2-3重(zhong)量%范(fan)圍內(nei)的(de)(de)報(bao)告(gao)高(gao)(gao)得多(duo)。我們將這(zhe)種特(te)別(bie)高(gao)(gao)的(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)特(te)性(xing)(xing)歸(gui)因于(yu)非常高(gao)(gao)的(de)(de)微(wei)孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和(he)富(fu)氧(yang)(yang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)組合(he)，特(te)別(bie)是(shi)3.9重(zhong)量%的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)品(pin)CA-4700。富(fu)氧(yang)(yang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)作用(yong)是(shi)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)品(pin)CA-4600，雖(sui)然總(zong)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)和(he)微(wei)孔(kong)表(biao)面(mian)(mian)適中，但(dan)其吸(xi)(xi)收(shou)(shou)率(lv)仍遠高(gao)(gao)于(yu)以前(qian)發現(xian)的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)材料。研究發現(xian)，有(you)氧(yang)(yang)官能團的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)效果(guo)預(yu)計在(zai)低(di)壓下(xia)*大(da)，氫(qing)與(yu)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)相互作用(yong)比在(zai)高(gao)(gao)壓下(xia)更重(zhong)要，氫(qing)通過空間填充機制更有(you)可(ke)(ke)能被吸(xi)(xi)收(shou)(shou)。

　　-196℃過量(liang)的活(huo)性炭和總氫(qing)吸收。

　　利用醋(cu)酸纖維素的水熱碳(tan)化產生水合物，在(zai)活(huo)化過(guo)程中產生富氧(yang)(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)。這種活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表(biao)觀面積很高，表(biao)面積大部分(fen)，微孔產生率達到92%。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)只有一(yi)小部分(fen)大于2納米的孔。通過(guo)IR和(he)XPS氧(yang)(yang)官能團已被證實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的存在(zai)。與其他前體（如(ru)纖維素、木(mu)質(zhi)素、鋸末、淀(dian)粉等）制成的活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)進行比(bi)較分(fen)析(xi)，表(biao)明醋(cu)酸纖維素衍生的活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)富含氧(yang)(yang)氣和(he)高微孔。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)-196°C重量儲氫能力增強，高達8.1wt%(總吸(xi)收(shou))和(he)7.0wt20巴(ba)(過(guo)度(du)吸(xi)收(shou))在(zai)30巴(ba)下(xia)升至8.9wt%(總吸(xi)收(shou))和(he)7.2wt%(過(guo)度(du)吸(xi)收(shou))。活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)室溫下(xia)也表(biao)現(xian)出優異的氫吸(xi)收(shou)。這些足(zu)以證明富氧(yang)(yang)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)優秀的儲氫能力。