富氧活性炭的儲氫(qing)能(neng)力

　　富氧活性炭的(de)儲(chu)(chu)氫能力(li)已被(bei)廣泛研究用于儲(chu)(chu)氫，但到(dao)目前為止，它(ta)們的(de)儲(chu)(chu)存能力(li)似乎有(you)(you)上(shang)限。在這里，為了避(bi)免這個上(shang)限，我們研究了富氧活性炭的(de)能力(li)。本文介紹了醋酸纖維(wei)素(su)制成的(de)活性炭，結合各種優(you)點，具有(you)(you)高表(biao)面積和孔隙(xi)體積，其自身(shen)孔隙(xi)幾乎完全具有(you)(you)微孔特(te)性(微孔含(han)量超過90%)，具有(you)(you)富氧特(te)性。

　　氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)為(wei)機動車(che)輛(liang)中的(de)(de)(de)(de)汽油燃(ran)(ran)料，具(ju)(ju)有(you)一定的(de)(de)(de)(de)吸引力，作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)為(wei)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)經濟的(de)(de)(de)(de)一部分。與目前使用(yong)的(de)(de)(de)(de)化(hua)石燃(ran)(ran)料相(xiang)(xiang)比，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)為(wei)燃(ran)(ran)料具(ju)(ju)有(you)更(geng)有(you)利的(de)(de)(de)(de)優勢，包括潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)可(ke)再(zai)生(sheng)和(he)對(dui)環境(jing)友好(hao)性（氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)燃(ran)(ran)燒或電(dian)化(hua)學氧化(hua)的(de)(de)(de)(de)**副產品(pin)是(shi)水，這將(jiang)減少CO2排放)，以及具(ju)(ju)有(you)高(gao)重量能量密度(du)。然而，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)為(wei)一種(zhong)可(ke)行的(de)(de)(de)(de)車(che)輛(liang)燃(ran)(ran)料，在(zai)運(yun)輸和(he)應用(yong)中存(cun)在(zai)一些問題。因此，儲(chu)存(cun)固體材料中的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)是(shi)更(geng)好(hao)地使用(yong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)關鍵。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)吸收的(de)(de)(de)(de)*重要因素是(shi)表面(mian)積、孔體積和(he)孔徑。特別是(shi)儲(chu)存(cun)在(zai)活(huo)性炭(tan)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)量之間的(de)(de)(de)(de)鏈路。然而，儲(chu)存(cun)在(zai)活(huo)性炭(tan)中的(de)(de)(de)(de)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)(de)(de)(de)量仍然受到分子氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)與孔壁表面(mian)之間弱相(xiang)(xiang)互(hu)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)限制(zhi)。理想的(de)(de)(de)(de)活(huo)性炭(tan)儲(chu)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)材料具(ju)(ju)有(you)與吸附氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)分子儲(chu)存(cun)相(xiang)(xiang)互(hu)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)高(gao)表面(mian)積。

　　因(yin)此，在本研究中(zhong)，我們利(li)用活性(xing)(xing)炭(tan)前體的(de)類型與*終活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)性(xing)(xing)質之間(jian)的(de)關系來生成(cheng)(cheng)一(yi)組(zu)具(ju)有高(gao)表面(mian)積(ji)、高(gao)水平微(wei)孔率、高(gao)氧含量和(he)相似(si)孔徑的(de)多孔碳(tan)。并研究了(le)富氧活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)特性(xing)(xing)及其(qi)吸氫(qing)性(xing)(xing)能，并將其(qi)與其(qi)它材料(liao)進行了(le)比(bi)(bi)較。為了(le)探測表面(mian)氧對(dui)活性(xing)(xing)炭(tan)氫(qing)吸收性(xing)(xing)能的(de)影響，我們設計了(le)活性(xing)(xing)炭(tan)合成(cheng)(cheng)方(fang)法來生成(cheng)(cheng)高(gao)氧含量的(de)材料(liao)。因(yin)此，我們使(shi)用醋(cu)酸纖維(wei)素，它被(bei)稱(cheng)為CA(并且具(ju)有0.93的(de)O/C原子比(bi)(bi))作為起始材料(liao)，而不是0.83的(de)O/C比(bi)(bi)纖維(wei)素。

　　多孔活性炭

　　合成(cheng)富(fu)氧活(huo)性炭(tan)，石墨化水平低。活(huo)性炭(tan)顯示(shi)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率主要來自微孔(kong)(kong)高水平，用(yong)(yong)作儲氫(qing)材料(liao)(liao)是有(you)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)。利用(yong)(yong)氮吸(xi)附分(fen)析檢測活(huo)性炭(tan)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率。如圖1所示(shi)a所示(shi)。所有(you)三個(ge)樣(yang)品都顯示(shi)了通(tong)常從微孔(kong)(kong)材料(liao)(liao)中獲得的(de)(de)(de)I型等溫線(xian)。活(huo)化溫度從6000開(kai)始℃變(bian)化到700℃，吸(xi)附氮量(liang)（碳中孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率）顯著增加(jia)，然(ran)后在800℃樣(yang)品下降。然(ran)而(er)，等溫線(xian)的(de)(de)(de)形狀(zhuang)幾(ji)乎沒有(you)變(bian)化，這(zhe)表(biao)明盡管孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率大大增加(jia)，但(dan)仍保持(chi)微孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)水平。活(huo)性炭(tan)增加(jia)的(de)(de)(de)總孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)率通(tong)常與等溫線(xian)形狀(zhuang)的(de)(de)(de)變(bian)化有(you)關，特別是加(jia)寬吸(xi)附。

　　活性炭的孔隙率(lv)。活化碳(tan)標記為CA-4T，其中4是活化KOH/碳(tan)比，T是活化溫(wen)度。氮吸附(fu)等溫(wen)線(xian)顯(xian)示(a)以及相(xiang)應的孔徑分布曲線(xian)(b)。

　　活性炭的(de)氫儲(chu)存能力(li)

　　活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)中的(de)(de)氫儲(chu)存需要具(ju)有(you)(you)*大(da)表面(mian)(mian)(mian)積和(he)(he)適(shi)當尺(chi)寸的(de)(de)孔(kong)。在(zai)-196和(he)(he)25℃使用重量(liang)法HidenXEMIS在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)壓力范(fan)圍(wei)內(nei)研究活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)的(de)(de)儲(chu)氫能力。圖2顯示了活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)在(zai)-196℃過量(liang)和(he)(he)總氫吸(xi)收等溫線。對(dui)于所有(you)(you)CA-4T氫吸(xi)收是可(ke)逆(ni)的(de)(de)，沒有(you)(you)滯(zhi)后，在(zai)0-30巴(ba)的(de)(de)壓力范(fan)圍(wei)內(nei)沒有(you)(you)飽和(he)(he)。首先，我(wo)們注意到1巴(ba)的(de)(de)氫吸(xi)收非常令人印象(xiang)深刻.1-3.9wt在(zai)%的(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)。這(zhe)種儲(chu)氫比任何在(zai)2-3重量(liang)%范(fan)圍(wei)內(nei)的(de)(de)報告高(gao)得多。我(wo)們將這(zhe)種特(te)別高(gao)的(de)(de)吸(xi)收特(te)性(xing)(xing)歸因(yin)于非常高(gao)的(de)(de)微孔(kong)表面(mian)(mian)(mian)積和(he)(he)富氧表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)組合，特(te)別是3.9重量(liang)%的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品CA-4700。富氧表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)作(zuo)用是活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)樣品CA-4600，雖然總表面(mian)(mian)(mian)積和(he)(he)微孔(kong)表面(mian)(mian)(mian)適(shi)中，但(dan)其吸(xi)收率仍遠高(gao)于以(yi)前發(fa)現的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)材料。研究發(fa)現，有(you)(you)氧官能團的(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)效果預(yu)計(ji)在(zai)低壓下*大(da)，氫與(yu)表面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)相(xiang)互作(zuo)用比在(zai)高(gao)壓下更(geng)重要，氫通(tong)過空(kong)間填(tian)充機制更(geng)有(you)(you)可(ke)能被吸(xi)收。

　　-196℃過量的活性炭和總氫(qing)吸收。

　　利用醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素(su)的(de)(de)(de)水熱碳化(hua)產(chan)生(sheng)水合物，在活(huo)(huo)化(hua)過(guo)(guo)(guo)程中產(chan)生(sheng)富(fu)氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)。這(zhe)種活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)表觀面(mian)積很(hen)高，表面(mian)積大部分(fen)，微(wei)孔(kong)產(chan)生(sheng)率達到92%。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)只有一小部分(fen)大于2納米(mi)的(de)(de)(de)孔(kong)。通過(guo)(guo)(guo)IR和(he)XPS氧(yang)官(guan)能團已被證(zheng)實(COOH，C-OH和(he)O-C=O)的(de)(de)(de)存在。與其他前體(ti)（如纖(xian)維(wei)素(su)、木質(zhi)素(su)、鋸末、淀粉等）制(zhi)成的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)進行比(bi)較分(fen)析，表明醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素(su)衍生(sheng)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)富(fu)含氧(yang)氣和(he)高微(wei)孔(kong)。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)在-196°C重量儲氫能力增強，高達8.1wt%(總吸(xi)(xi)收(shou))和(he)7.0wt20巴(過(guo)(guo)(guo)度吸(xi)(xi)收(shou))在30巴下升(sheng)至8.9wt%(總吸(xi)(xi)收(shou))和(he)7.2wt%(過(guo)(guo)(guo)度吸(xi)(xi)收(shou))。活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)在室溫(wen)下也表現出優異的(de)(de)(de)氫吸(xi)(xi)收(shou)。這(zhe)些足以證(zheng)明富(fu)氧(yang)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)(tan)(tan)優秀(xiu)的(de)(de)(de)儲氫能力。