富(fu)氧活性炭的儲(chu)氫能(neng)力(li)

　　富氧活性炭的(de)儲氫能力已被(bei)廣泛研究(jiu)用于儲氫，但到目前(qian)為止，它(ta)們(men)的(de)儲存能力似乎(hu)有(you)上(shang)限。在這里，為了(le)(le)避免這個(ge)上(shang)限，我們(men)研究(jiu)了(le)(le)富氧活性炭的(de)能力。本文介紹了(le)(le)醋(cu)酸(suan)纖(xian)維素制成的(de)活性炭，結合(he)各(ge)種優點(dian)，具有(you)高表面(mian)積和(he)孔(kong)(kong)隙體積，其自身孔(kong)(kong)隙幾乎(hu)完全具有(you)微(wei)孔(kong)(kong)特性(微(wei)孔(kong)(kong)含量超過90%)，具有(you)富氧特性。

　　氫(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)機動車輛(liang)中的(de)(de)汽(qi)油(you)燃(ran)(ran)(ran)料(liao)，具(ju)(ju)有(you)(you)一(yi)定的(de)(de)吸引(yin)力(li)，作(zuo)(zuo)為(wei)氫(qing)經濟的(de)(de)一(yi)部分(fen)(fen)。與目前使用(yong)(yong)的(de)(de)化(hua)石燃(ran)(ran)(ran)料(liao)相(xiang)比，氫(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)燃(ran)(ran)(ran)料(liao)具(ju)(ju)有(you)(you)更有(you)(you)利(li)的(de)(de)優勢，包括潛在(zai)(zai)的(de)(de)可(ke)再生(sheng)和對環(huan)境友好性(xing)(xing)（氫(qing)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)或電化(hua)學氧化(hua)的(de)(de)**副產品是(shi)水，這將減少(shao)CO2排放)，以及具(ju)(ju)有(you)(you)高重量能量密度。然而，氫(qing)作(zuo)(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)可(ke)行的(de)(de)車輛(liang)燃(ran)(ran)(ran)料(liao)，在(zai)(zai)運輸和應用(yong)(yong)中存在(zai)(zai)一(yi)些問題(ti)。因(yin)此(ci)，儲(chu)存固體材(cai)料(liao)中的(de)(de)氫(qing)是(shi)更好地(di)使用(yong)(yong)氫(qing)的(de)(de)關鍵。氫(qing)吸收的(de)(de)*重要因(yin)素是(shi)表面(mian)積、孔(kong)體積和孔(kong)徑。特別是(shi)儲(chu)存在(zai)(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)氫(qing)量之(zhi)間的(de)(de)鏈路。然而，儲(chu)存在(zai)(zai)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)中的(de)(de)氫(qing)的(de)(de)量仍然受(shou)到分(fen)(fen)子氫(qing)與孔(kong)壁表面(mian)之(zhi)間弱(ruo)相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)限制。理想(xiang)的(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)炭(tan)(tan)儲(chu)氫(qing)材(cai)料(liao)具(ju)(ju)有(you)(you)與吸附氫(qing)分(fen)(fen)子儲(chu)存相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)高表面(mian)積。

　　因(yin)此(ci)(ci)，在本(ben)研究中(zhong)，我們(men)(men)利用活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)前體的(de)(de)類型與(yu)*終活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)質之間的(de)(de)關(guan)系來生成一組具(ju)有高(gao)表(biao)面積、高(gao)水(shui)平微孔(kong)率、高(gao)氧(yang)含量(liang)和相(xiang)似孔(kong)徑的(de)(de)多(duo)孔(kong)碳。并(bing)研究了(le)(le)富氧(yang)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)的(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)及其(qi)吸氫(qing)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，并(bing)將其(qi)與(yu)其(qi)它材(cai)料進行(xing)了(le)(le)比較。為(wei)了(le)(le)探測表(biao)面氧(yang)對活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)氫(qing)吸收性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)影(ying)響，我們(men)(men)設計(ji)了(le)(le)活性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)(tan)合成方法來生成高(gao)氧(yang)含量(liang)的(de)(de)材(cai)料。因(yin)此(ci)(ci)，我們(men)(men)使用醋酸纖維素，它被稱(cheng)為(wei)CA(并(bing)且具(ju)有0.93的(de)(de)O/C原子比)作(zuo)為(wei)起始材(cai)料，而不是(shi)0.83的(de)(de)O/C比纖維素。

　　多孔活性炭

　　合成富(fu)氧活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)，石(shi)墨化(hua)水(shui)(shui)平(ping)低。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)顯(xian)示(shi)(shi)孔(kong)隙率主要來(lai)自(zi)微(wei)孔(kong)高水(shui)(shui)平(ping)，用(yong)作(zuo)儲氫材料(liao)是(shi)有用(yong)的。利用(yong)氮(dan)吸(xi)附(fu)分(fen)析檢測(ce)活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)的孔(kong)隙率。如圖1所(suo)示(shi)(shi)a所(suo)示(shi)(shi)。所(suo)有三個樣(yang)品都顯(xian)示(shi)(shi)了通(tong)常(chang)從微(wei)孔(kong)材料(liao)中獲(huo)得的I型(xing)等(deng)溫線。活(huo)(huo)化(hua)溫度從6000開始℃變化(hua)到700℃，吸(xi)附(fu)氮(dan)量(liang)（碳中孔(kong)隙率）顯(xian)著增(zeng)加，然后在800℃樣(yang)品下(xia)降。然而，等(deng)溫線的形狀幾乎沒有變化(hua)，這表明盡管孔(kong)隙率大(da)大(da)增(zeng)加，但仍保持微(wei)孔(kong)的水(shui)(shui)平(ping)。活(huo)(huo)性(xing)炭(tan)增(zeng)加的總孔(kong)隙率通(tong)常(chang)與等(deng)溫線形狀的變化(hua)有關，特別是(shi)加寬吸(xi)附(fu)。

　　活(huo)性(xing)炭的孔(kong)隙率。活(huo)化碳標記為CA-4T，其中4是活(huo)化KOH/碳比(bi)，T是活(huo)化溫度。氮吸附等溫線(xian)顯示(shi)(a)以(yi)及相應的孔(kong)徑(jing)分布曲(qu)線(xian)(b)。

　　活性炭的氫(qing)儲存(cun)能力

　　活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)氫(qing)儲(chu)存需(xu)要具有*大(da)表面(mian)積(ji)和適(shi)當尺寸的(de)(de)(de)孔。在-196和25℃使用重量法HidenXEMIS在0-30巴的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)范圍內(nei)(nei)研(yan)究活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)儲(chu)氫(qing)能力(li)。圖2顯(xian)示了活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)在-196℃過(guo)量和總氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)等(deng)溫線。對于(yu)所有CA-4T氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)是(shi)(shi)可逆的(de)(de)(de)，沒(mei)有滯后，在0-30巴的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)范圍內(nei)(nei)沒(mei)有飽(bao)和。首(shou)先(xian)，我們注意(yi)到1巴的(de)(de)(de)氫(qing)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)非常令人印象(xiang)深(shen)刻.1-3.9wt在%的(de)(de)(de)范圍內(nei)(nei)。這(zhe)(zhe)種儲(chu)氫(qing)比(bi)任何在2-3重量%范圍內(nei)(nei)的(de)(de)(de)報告高得多。我們將這(zhe)(zhe)種特別高的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)特性(xing)(xing)(xing)(xing)歸因于(yu)非常高的(de)(de)(de)微孔表面(mian)積(ji)和富(fu)氧表面(mian)的(de)(de)(de)組(zu)合，特別是(shi)(shi)3.9重量%的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)(pin)CA-4700。富(fu)氧表面(mian)的(de)(de)(de)作用是(shi)(shi)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)樣品(pin)(pin)CA-4600，雖然(ran)總表面(mian)積(ji)和微孔表面(mian)適(shi)中(zhong)，但(dan)其吸(xi)(xi)收(shou)(shou)率仍遠高于(yu)以(yi)前發現(xian)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)材料。研(yan)究發現(xian)，有氧官能團(tuan)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)效果預計在低壓(ya)下*大(da)，氫(qing)與表面(mian)的(de)(de)(de)相互作用比(bi)在高壓(ya)下更重要，氫(qing)通過(guo)空間填充機制更有可能被(bei)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)。

　　-196℃過(guo)量的(de)活性炭和總氫吸收。

　　利用(yong)醋酸(suan)纖(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)的水熱(re)碳化產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)水合物，在活(huo)(huo)(huo)化過程中產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)富氧活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)。這(zhe)(zhe)種活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)表觀面積很高，表面積大部分，微孔(kong)(kong)產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)率達到92%。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)只有(you)一(yi)小部分大于2納米的孔(kong)(kong)。通過IR和(he)(he)XPS氧官能團已被證實(COOH，C-OH和(he)(he)O-C=O)的存在。與(yu)其他前體（如纖(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)、木質素(su)(su)、鋸末(mo)、淀粉等）制成的活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)進行比較(jiao)分析，表明醋酸(suan)纖(xian)維(wei)(wei)素(su)(su)衍生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)富含氧氣(qi)和(he)(he)高微孔(kong)(kong)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在-196°C重量儲(chu)氫(qing)能力(li)增強，高達8.1wt%(總(zong)吸(xi)(xi)收)和(he)(he)7.0wt20巴(ba)(過度(du)吸(xi)(xi)收)在30巴(ba)下(xia)升至8.9wt%(總(zong)吸(xi)(xi)收)和(he)(he)7.2wt%(過度(du)吸(xi)(xi)收)。活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)在室溫下(xia)也表現(xian)出優異的氫(qing)吸(xi)(xi)收。這(zhe)(zhe)些(xie)足以證明富氧活(huo)(huo)(huo)性(xing)炭(tan)(tan)優秀的儲(chu)氫(qing)能力(li)。