富氧活性炭的(de)儲氫能(neng)力

　　富氧活性炭的儲氫(qing)能力(li)已被廣(guang)泛研究用于儲氫(qing)，但到目前為(wei)止，它們(men)的儲存能力(li)似乎有(you)上(shang)限(xian)。在這里，為(wei)了避免(mian)這個(ge)上(shang)限(xian)，我們(men)研究了富(fu)氧活(huo)性(xing)炭(tan)的能力(li)。本(ben)文介紹了醋(cu)酸纖維(wei)素制成的活(huo)性(xing)炭(tan)，結合各種優點，具(ju)有(you)高表(biao)面積和孔(kong)隙體積，其自身孔(kong)隙幾乎完全(quan)具(ju)有(you)微(wei)孔(kong)特(te)(te)性(xing)(微(wei)孔(kong)含量(liang)超過90%)，具(ju)有(you)富(fu)氧特(te)(te)性(xing)。

　　氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作為機動車輛中(zhong)的(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)料(liao)，具(ju)有(you)(you)一定的(de)(de)(de)(de)吸引力，作為氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)一部(bu)分。與目前使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)化石燃(ran)料(liao)相比，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作為燃(ran)料(liao)具(ju)有(you)(you)更(geng)(geng)有(you)(you)利的(de)(de)(de)(de)優(you)勢，包括潛(qian)在(zai)(zai)的(de)(de)(de)(de)可再生和對環境友好(hao)性(xing)（氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)燃(ran)燒或電化學氧化的(de)(de)(de)(de)**副產(chan)品是(shi)(shi)水，這將減(jian)少(shao)CO2排放)，以及具(ju)有(you)(you)高(gao)重(zhong)量(liang)(liang)能量(liang)(liang)密度(du)。然(ran)(ran)而，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作為一種(zhong)可行的(de)(de)(de)(de)車輛燃(ran)料(liao)，在(zai)(zai)運(yun)輸和應用(yong)(yong)中(zhong)存在(zai)(zai)一些問題。因此，儲(chu)存固體(ti)材(cai)(cai)料(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)(shi)更(geng)(geng)好(hao)地使(shi)用(yong)(yong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)吸收(shou)的(de)(de)(de)(de)*重(zhong)要因素是(shi)(shi)表面積(ji)(ji)、孔體(ti)積(ji)(ji)和孔徑。特別是(shi)(shi)儲(chu)存在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)量(liang)(liang)之間的(de)(de)(de)(de)鏈路。然(ran)(ran)而，儲(chu)存在(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)仍然(ran)(ran)受到分子氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)與孔壁(bi)表面之間弱相互作用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)限制。理想的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)儲(chu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)材(cai)(cai)料(liao)具(ju)有(you)(you)與吸附氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分子儲(chu)存相互作用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)高(gao)表面積(ji)(ji)。

　　因(yin)此(ci)(ci)，在本研(yan)究中，我們(men)(men)利(li)用活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)前體(ti)的(de)(de)(de)類型與*終活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質之間的(de)(de)(de)關系來生成一(yi)組具有(you)高表(biao)面(mian)(mian)積、高水平微孔率(lv)、高氧(yang)含量和相似孔徑(jing)的(de)(de)(de)多孔碳。并研(yan)究了(le)富氧(yang)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)(de)特(te)性(xing)(xing)及其吸氫性(xing)(xing)能(neng)，并將其與其它材(cai)(cai)料(liao)進(jin)行了(le)比(bi)較(jiao)。為(wei)(wei)了(le)探測表(biao)面(mian)(mian)氧(yang)對(dui)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)氫吸收性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)影響，我們(men)(men)設計了(le)活性(xing)(xing)炭(tan)(tan)合(he)成方法(fa)來生成高氧(yang)含量的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)。因(yin)此(ci)(ci)，我們(men)(men)使用醋(cu)酸纖維素(su)(su)，它被稱為(wei)(wei)CA(并且具有(you)0.93的(de)(de)(de)O/C原子比(bi))作為(wei)(wei)起始材(cai)(cai)料(liao)，而不(bu)是0.83的(de)(de)(de)O/C比(bi)纖維素(su)(su)。

　　多孔活性炭

　　合成富氧(yang)活性(xing)(xing)炭，石墨化水平(ping)(ping)低。活性(xing)(xing)炭顯示孔(kong)(kong)隙率主(zhu)要來(lai)自微孔(kong)(kong)高水平(ping)(ping)，用作儲氫材(cai)(cai)料是有用的。利用氮吸附分析檢測活性(xing)(xing)炭的孔(kong)(kong)隙率。如圖1所(suo)示a所(suo)示。所(suo)有三個樣品都顯示了通(tong)常從(cong)微孔(kong)(kong)材(cai)(cai)料中(zhong)獲(huo)得的I型(xing)等溫(wen)線(xian)(xian)。活化溫(wen)度從(cong)6000開始℃變(bian)化到700℃，吸附氮量（碳(tan)中(zhong)孔(kong)(kong)隙率）顯著增(zeng)(zeng)加，然(ran)后(hou)在800℃樣品下(xia)降。然(ran)而，等溫(wen)線(xian)(xian)的形狀(zhuang)幾乎沒有變(bian)化，這表明盡管孔(kong)(kong)隙率大(da)大(da)增(zeng)(zeng)加，但仍保持微孔(kong)(kong)的水平(ping)(ping)。活性(xing)(xing)炭增(zeng)(zeng)加的總孔(kong)(kong)隙率通(tong)常與等溫(wen)線(xian)(xian)形狀(zhuang)的變(bian)化有關，特別是加寬(kuan)吸附。

　　活性炭的(de)孔(kong)隙率。活化(hua)碳標記為CA-4T，其中4是活化(hua)KOH/碳比(bi)，T是活化(hua)溫度(du)。氮吸附等溫線顯示(shi)(a)以及相應的(de)孔(kong)徑分(fen)布(bu)曲線(b)。

　　活性炭的氫儲(chu)存能力

　　活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)中的(de)(de)(de)(de)氫儲存需要(yao)具有*大(da)表面(mian)積(ji)和適當尺寸的(de)(de)(de)(de)孔(kong)。在(zai)-196和25℃使(shi)用(yong)重量法HidenXEMIS在(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)圍內(nei)研究活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)(de)儲氫能力。圖2顯(xian)示了(le)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)-196℃過(guo)量和總氫吸收等溫線(xian)。對于(yu)(yu)所有CA-4T氫吸收是(shi)可(ke)逆(ni)的(de)(de)(de)(de)，沒(mei)有滯后，在(zai)0-30巴的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力范(fan)圍內(nei)沒(mei)有飽和。首先，我(wo)們(men)注意到1巴的(de)(de)(de)(de)氫吸收非(fei)(fei)常(chang)令人印象深(shen)刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍內(nei)。這(zhe)種儲氫比(bi)任(ren)何在(zai)2-3重量%范(fan)圍內(nei)的(de)(de)(de)(de)報告高得多。我(wo)們(men)將(jiang)這(zhe)種特別高的(de)(de)(de)(de)吸收特性(xing)(xing)(xing)歸因于(yu)(yu)非(fei)(fei)常(chang)高的(de)(de)(de)(de)微孔(kong)表面(mian)積(ji)和富氧(yang)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)組合，特別是(shi)3.9重量%的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品(pin)CA-4700。富氧(yang)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)是(shi)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)樣品(pin)CA-4600，雖然總表面(mian)積(ji)和微孔(kong)表面(mian)適中，但其(qi)吸收率仍遠高于(yu)(yu)以前發(fa)現的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)材料(liao)。研究發(fa)現，有氧(yang)官能團的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)效果預(yu)計在(zai)低壓(ya)下(xia)*大(da)，氫與表面(mian)的(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)用(yong)比(bi)在(zai)高壓(ya)下(xia)更重要(yao)，氫通過(guo)空(kong)間填充機制更有可(ke)能被吸收。

　　-196℃過量的活性炭和(he)總氫吸收。

　　利用醋酸(suan)(suan)纖維(wei)素(su)的(de)(de)(de)水熱碳化(hua)產(chan)生水合物，在活(huo)化(hua)過(guo)程中產(chan)生富(fu)氧(yang)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)。這(zhe)種活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)表觀面積很(hen)高(gao)(gao)，表面積大部分，微孔產(chan)生率達到92%。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)只有一小部分大于2納米的(de)(de)(de)孔。通過(guo)IR和(he)XPS氧(yang)官(guan)能團已(yi)被證(zheng)實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的(de)(de)(de)存在。與其他前體（如纖維(wei)素(su)、木質素(su)、鋸末、淀粉等）制(zhi)成的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)進行比較(jiao)分析，表明(ming)醋酸(suan)(suan)纖維(wei)素(su)衍生的(de)(de)(de)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)富(fu)含氧(yang)氣(qi)和(he)高(gao)(gao)微孔。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在-196°C重量儲(chu)氫(qing)能力(li)(li)增強，高(gao)(gao)達8.1wt%(總吸(xi)(xi)收(shou)(shou))和(he)7.0wt20巴(ba)(過(guo)度(du)吸(xi)(xi)收(shou)(shou))在30巴(ba)下升至8.9wt%(總吸(xi)(xi)收(shou)(shou))和(he)7.2wt%(過(guo)度(du)吸(xi)(xi)收(shou)(shou))。活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)在室溫下也(ye)表現出優異的(de)(de)(de)氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)。這(zhe)些足以證(zheng)明(ming)富(fu)氧(yang)活(huo)性(xing)炭(tan)(tan)(tan)優秀的(de)(de)(de)儲(chu)氫(qing)能力(li)(li)。