富氧活(huo)性炭的儲氫能力

　　富氧活性炭的(de)(de)儲氫能力已被廣泛研究用于儲氫，但到(dao)目前為止，它們(men)的(de)(de)儲存能力似乎有上限(xian)。在這里(li)，為了避免這個(ge)上限(xian)，我們(men)研究了富氧活性炭的(de)(de)能力。本文介紹了醋酸纖維素制(zhi)成的(de)(de)活性炭，結合(he)各種優(you)點(dian)，具有高表面積和孔(kong)(kong)隙(xi)體積，其自身孔(kong)(kong)隙(xi)幾乎完(wan)全具有微(wei)孔(kong)(kong)特性(微(wei)孔(kong)(kong)含量(liang)超過(guo)90%)，具有富氧特性。

　　氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)機動車輛中(zhong)的(de)(de)(de)(de)汽油(you)燃(ran)(ran)料(liao)，具(ju)有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)引力，作(zuo)為(wei)(wei)氫(qing)(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)一(yi)部分(fen)。與(yu)目前使用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)化石(shi)燃(ran)(ran)料(liao)相(xiang)(xiang)比，氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)燃(ran)(ran)料(liao)具(ju)有(you)更有(you)利(li)的(de)(de)(de)(de)優勢，包括潛在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)可再(zai)生和對環(huan)境(jing)友好性(xing)（氫(qing)(qing)(qing)燃(ran)(ran)燒或(huo)電化學氧(yang)化的(de)(de)(de)(de)**副產品是(shi)水(shui)，這將(jiang)減少CO2排放)，以及(ji)具(ju)有(you)高重量(liang)(liang)能量(liang)(liang)密度。然而，氫(qing)(qing)(qing)作(zuo)為(wei)(wei)一(yi)種(zhong)可行的(de)(de)(de)(de)車輛燃(ran)(ran)料(liao)，在(zai)(zai)運輸(shu)和應用(yong)(yong)中(zhong)存(cun)在(zai)(zai)一(yi)些問題。因此，儲(chu)(chu)存(cun)固體材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)是(shi)更好地使用(yong)(yong)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)(qing)吸(xi)(xi)收的(de)(de)(de)(de)*重要(yao)因素是(shi)表(biao)面(mian)(mian)積(ji)、孔體積(ji)和孔徑。特別是(shi)儲(chu)(chu)存(cun)在(zai)(zai)活性(xing)炭(tan)氫(qing)(qing)(qing)量(liang)(liang)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)鏈路。然而，儲(chu)(chu)存(cun)在(zai)(zai)活性(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)仍(reng)然受(shou)到分(fen)子氫(qing)(qing)(qing)與(yu)孔壁表(biao)面(mian)(mian)之間(jian)弱相(xiang)(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)限制。理想的(de)(de)(de)(de)活性(xing)炭(tan)儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)與(yu)吸(xi)(xi)附氫(qing)(qing)(qing)分(fen)子儲(chu)(chu)存(cun)相(xiang)(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)高表(biao)面(mian)(mian)積(ji)。

　　因此，在本研(yan)究(jiu)中，我們(men)利用活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)前體的(de)(de)(de)(de)(de)類型與*終(zhong)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)之間的(de)(de)(de)(de)(de)關系來生成一(yi)組具有高(gao)(gao)表面積、高(gao)(gao)水平微孔率、高(gao)(gao)氧含量(liang)和相(xiang)似孔徑的(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)孔碳。并研(yan)究(jiu)了富氧活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)及其(qi)吸氫性(xing)(xing)(xing)能，并將(jiang)其(qi)與其(qi)它材料(liao)進(jin)行了比(bi)較。為(wei)了探測表面氧對活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)氫吸收性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，我們(men)設計了活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)合成方法來生成高(gao)(gao)氧含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)材料(liao)。因此，我們(men)使用醋酸纖(xian)維素(su)，它被稱為(wei)CA(并且(qie)具有0.93的(de)(de)(de)(de)(de)O/C原子比(bi))作為(wei)起(qi)始材料(liao)，而不是0.83的(de)(de)(de)(de)(de)O/C比(bi)纖(xian)維素(su)。

　　多孔活性炭

　　合成富(fu)氧活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭，石墨化(hua)(hua)水(shui)(shui)平低。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭顯(xian)示(shi)(shi)孔隙(xi)(xi)率(lv)主(zhu)要(yao)來自微(wei)孔高水(shui)(shui)平，用作(zuo)儲氫材料是有用的(de)。利用氮吸(xi)(xi)附(fu)(fu)分析檢測活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭的(de)孔隙(xi)(xi)率(lv)。如圖(tu)1所(suo)示(shi)(shi)a所(suo)示(shi)(shi)。所(suo)有三(san)個(ge)樣品都顯(xian)示(shi)(shi)了(le)通常從微(wei)孔材料中(zhong)獲得的(de)I型(xing)等溫(wen)線。活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)溫(wen)度從6000開始℃變化(hua)(hua)到700℃，吸(xi)(xi)附(fu)(fu)氮量（碳中(zhong)孔隙(xi)(xi)率(lv)）顯(xian)著增加(jia)(jia)，然后在(zai)800℃樣品下(xia)降。然而，等溫(wen)線的(de)形(xing)(xing)狀幾乎沒有變化(hua)(hua)，這表明盡管孔隙(xi)(xi)率(lv)大(da)大(da)增加(jia)(jia)，但仍保持微(wei)孔的(de)水(shui)(shui)平。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭增加(jia)(jia)的(de)總孔隙(xi)(xi)率(lv)通常與(yu)等溫(wen)線形(xing)(xing)狀的(de)變化(hua)(hua)有關，特別是加(jia)(jia)寬吸(xi)(xi)附(fu)(fu)。

　　活性炭的孔隙率。活化(hua)碳標記為CA-4T，其中(zhong)4是活化(hua)KOH/碳比，T是活化(hua)溫度。氮(dan)吸附等溫線顯示(a)以及相應(ying)的孔徑(jing)分布曲線(b)。

　　活性炭的氫儲存能力

　　活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)儲(chu)存需要具有(you)(you)(you)*大(da)表面(mian)積(ji)和(he)適(shi)當尺寸的(de)(de)(de)(de)孔(kong)。在(zai)-196和(he)25℃使用(yong)重量(liang)法HidenXEMIS在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)范圍(wei)內研(yan)究(jiu)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)儲(chu)氫(qing)(qing)能(neng)力(li)。圖(tu)2顯(xian)示了活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在(zai)-196℃過(guo)量(liang)和(he)總氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)等溫線。對(dui)于(yu)所有(you)(you)(you)CA-4T氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)是(shi)可(ke)(ke)逆的(de)(de)(de)(de)，沒(mei)(mei)有(you)(you)(you)滯后，在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)范圍(wei)內沒(mei)(mei)有(you)(you)(you)飽和(he)。首先(xian)，我們(men)注意到1巴(ba)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)非常(chang)令人印象深刻(ke).1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)內。這種(zhong)儲(chu)氫(qing)(qing)比(bi)任何在(zai)2-3重量(liang)%范圍(wei)內的(de)(de)(de)(de)報(bao)告高得多。我們(men)將這種(zhong)特別高的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)特性(xing)歸因(yin)于(yu)非常(chang)高的(de)(de)(de)(de)微孔(kong)表面(mian)積(ji)和(he)富(fu)氧表面(mian)的(de)(de)(de)(de)組合，特別是(shi)3.9重量(liang)%的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)品(pin)CA-4700。富(fu)氧表面(mian)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)是(shi)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)樣(yang)品(pin)CA-4600，雖然總表面(mian)積(ji)和(he)微孔(kong)表面(mian)適(shi)中(zhong)，但其吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)率仍遠高于(yu)以前發現的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)材料(liao)。研(yan)究(jiu)發現，有(you)(you)(you)氧官能(neng)團的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)效(xiao)果預計(ji)在(zai)低壓(ya)下(xia)*大(da)，氫(qing)(qing)與表面(mian)的(de)(de)(de)(de)相互(hu)作用(yong)比(bi)在(zai)高壓(ya)下(xia)更重要，氫(qing)(qing)通過(guo)空間(jian)填充機制更有(you)(you)(you)可(ke)(ke)能(neng)被(bei)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)。

　　-196℃過(guo)量的(de)活性(xing)炭(tan)和總氫吸收。

　　利用醋(cu)酸(suan)纖(xian)維素的(de)(de)水熱碳化(hua)產(chan)生水合(he)物，在(zai)活化(hua)過(guo)(guo)程中產(chan)生富氧(yang)(yang)活性(xing)(xing)炭。這種活性(xing)(xing)炭表(biao)(biao)觀面積很高(gao)，表(biao)(biao)面積大部分(fen)，微孔產(chan)生率達到92%。活性(xing)(xing)炭只有一小部分(fen)大于2納(na)米的(de)(de)孔。通過(guo)(guo)IR和XPS氧(yang)(yang)官能(neng)團已被證(zheng)實(COOH，C-OH和O-C=O)的(de)(de)存在(zai)。與其他前(qian)體（如纖(xian)維素、木質素、鋸末、淀(dian)粉等）制成的(de)(de)活性(xing)(xing)炭進(jin)行比較分(fen)析，表(biao)(biao)明(ming)醋(cu)酸(suan)纖(xian)維素衍生的(de)(de)活性(xing)(xing)炭富含氧(yang)(yang)氣和高(gao)微孔。活性(xing)(xing)炭在(zai)-196°C重量(liang)儲氫(qing)(qing)能(neng)力增(zeng)強，高(gao)達8.1wt%(總(zong)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou))和7.0wt20巴(ba)(過(guo)(guo)度吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou))在(zai)30巴(ba)下(xia)升至8.9wt%(總(zong)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou))和7.2wt%(過(guo)(guo)度吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou))。活性(xing)(xing)炭在(zai)室溫下(xia)也(ye)表(biao)(biao)現出優異的(de)(de)氫(qing)(qing)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)。這些足以證(zheng)明(ming)富氧(yang)(yang)活性(xing)(xing)炭優秀的(de)(de)儲氫(qing)(qing)能(neng)力。