能源材料论文-纳米储氢.docx

纳米储氢氢是自然界中最普遍的元素, 资源无穷无尽, 不存在枯竭问题。氢的热值高燃烧产物是水无污染可循环利用。 20 世纪 70 年代以后由于对氢能源的研究和开发日趋重要。首先要解决氢气的安全贮存和运输问题,储氢材料范围日益扩展。氢与储氢氢能的研发主要包括制氢、储运氢和用氢 3 个主要部分。随着燃料电池, 尤其是质子交换膜燃料电池实用化技术的不断突破, 氢气的储存和运输问题, 特别是移动式车载氢源问题, 已经成为燃料电池技术在实际应用中的瓶颈。美国能源部曾针对车载储氢系统提出的目标是重量储氢密度为 6· 5%, 体积储氢密度为 63 kg· m-3 。传统的储氢技术, 如高压储氢、液氢和金属氢化物等, 都无法同时满足这两个条件, 研究人员于是将研究重点转向其他新型的储氢材料。本人根据对新能源材料的学习,知道碳纳米管具备一定的储氢能力并能快速地释放氢。结合对高分子材料的学习, 知道自发现以来, 由于其独特的结构, 优良的性能, 对其所进行的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。下面对这类材料做一些简述。纳米管的类型: 碳纳米管是目前人们研究最多的高分子储氢功能材料,其具有储氢量大、释氢速度快、常温下释氢等优点。因此。被认为是一种有广阔发展前景的吸附储氢材料。它分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。、单壁纳米碳管具有十分独特的结构特征,应用领域也十分广泛。然而单壁纳米碳管的大规模制备和纳米碳管的定向排列却始终是瓶颈, 大大限制了对单壁纳米碳管的应用研究, 在纳米碳管的各种优异性能中, 纳米碳管的场发射特性尤其引人注目, 用于评价纳米碳管阵列场发射性能优劣的重要参数是电场增强因子。影响该参数的主要因素包括纳米碳管阵列密度、长径比、管尖端结构和尖端电子逸出功等。因此在理论上弄清电场增强因子与上列因素的具体关系有利于提高场发射性能定向排列纳米碳管对实验中研究纳米碳管场发射性质、制备纳米碳管冷阴极具有重要意义多壁碳纳米管的物理吸附储氢量不如单壁碳纳米管的物理吸附储氢量。对多壁碳纳米管氧化提纯及表面处理的研究表明空气中焙烧多壁碳纳米管可除去无定型碳等杂质碳管的纯度大为提高 NaO H 是良好的分散剂可改善碳管的表面活性。纯净且表面活性高的碳管可吸附更多氢气。对多壁碳纳米管球磨改性处理的研究发现: 球磨可改善碳管结构, 使碳管变短、开口这样的结构更利于储氢。单壁碳纳米管与多壁碳纳米管, 发现在碳纳米管中有缺陷的位置, 吸附氢的能力比较好。对于大直径的单壁碳纳米管, 缺陷集中较高的地方更有利于吸氢, 而对于纯度比较低多壁碳纳米管, 缺陷集中的地方, 也同样有利于吸氢。碳纳米储氢机制: 尽管碳纳米管储氢研究的结果存在较大的差异,但学者们通常都认为碳纳米管储氢是吸附作用的结果。然而,T 储氢行为的本质究竟是化学吸附还是物理吸附, 还是两种吸附共存, 大家还存在争议。一种观点认为, CNT 储氢过程中只发生物理吸附, 氢分子与碳分子间仅以范德华力产生相互作用, 物理吸附具有吸附作用比较小, 吸附热较低, 可以产生多层吸附等特点, 在模拟计算时通常采用 Monte Carl o 方法得到储氢吸附等温线, 来分析材料的储氢特性。另一种观点则从化学反应的角度研 T 的储氢过程, 考虑吸附过程中分子的电子态改变和量子效应, T 的结构因素对发生化学吸附的影响。化学吸附具有吸附作用强, 吸