有序中孔炭的电化学储氢性能
高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展
高比表面积活性炭的制备及其储氢性能的研究进展摘要简要分析各种储氢材料和技术的基础上，重点介绍了高比表面积活性炭的制备方法，目前最常用的活化方法是以氢氧化钾为活化剂的化学活化法；并总结了近年来前人在高比表面积活性炭储氢方面的研究结果，同时简要分析了高比表面积活性炭储氢机理方面的研究进展。
关键词储氢材料高比表面积活性炭储氢性能研究进展氢能源以其高效、环保、使用方便等优势引起了人们的普遍关注，世界各国在新型氢能源和储氢材料的研究方面投入了巨大的财力和人力。
目前，除液态储氢和高压储氢外，主要的储氢方法和材料有6种。
（1）Fullerene[60]（富勒烯）多氢化合物如C[60]H[18]、CH36的催化分解可以放出氢气，但制备富勒烯多氢化合物方法复杂并且成本较高，目前还不能大规模生产，无法得到广泛的应用。
（2）金属氢化物储氢，其原理是利用氢化物中较高的氢浓度以及氢化物相变的可逆性，在必要时放出储存的氢来加以利用。
如LiH、MgH2、Mg2NiH40、VH2等，这些化合物的储氢含量虽然较高，但是金属储氢的致命缺点是氢不可逆损伤，从而直接影响储氢金属的使用寿命，限制了该方法的使用。
（3）有机液体氢化物储氢，它是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应（即加氢反应和脱氢反应）实现的，加氢反应实现氢的储存，脱氢反应实现氢的释放。
烯烃、炔烃、芳烃等不饱和有机液体均可作储氢材料，但芳烃特别是单环芳烃作储氢剂最佳。
该法主要的缺点是耗费化石能源。
（4）金属合金储氢，如稀土系、钛系、镁系和锆系合金等。
该法如果得到广泛应用势必消耗大量的金属，同时也耗费大量的矿物资源。
（5）碳纳米管和纳米炭纤维的储氢，属于吸附储存。
目前大多数研制碳纳米管的方法是激光法和电弧法，而这些方法尚处于实验室阶段，还无法进行大规模的工业生产，与目前碳纳米管储氢技术类似的还有纳米纤维的储氢技术。
（6）活性炭的吸附储氢，是利用超高比表面积的活性炭作吸附剂，在中低温（77 K～273 K）、中高压（1 MPa～10 MPa）下的吸附储氢技术。
储能装置中的碳基材料的应用研究
储能装置中的碳基材料的应用研究储能技术的发展已经成为促进可再生能源和电动交通发展的关键。
随着电动汽车和可再生能源的普及和发展，储能市场逐渐壮大起来。
其中，碳基材料在储能装置中的应用受到了广泛关注。
碳基材料由碳元素组成，以其优异的导电性、高表面积和出色的化学稳定性而备受关注。
在储能装置中，碳基材料的应用主要体现在电池和超级电容器中。
首先，碳基材料在锂离子电池中的应用研究取得了显著的进展。
锂离子电池是目前最主流的电池技术之一。
碳基材料如石墨烯、碳纳米管和多孔碳等被广泛应用于锂离子电池的负极材料中。
这些碳基材料具有高的比表面积和优异的电导率，可提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。
同时，碳基材料还可以提高锂离子的扩散速率，增强电池的充放电性能。
其次，碳基材料在超级电容器中的应用也是近年来的研究热点。
超级电容器是一种高能量密度、高功率密度的储能装置。
碳基材料具有极高的比表面积和电导率，使其在超级电容器的电极材料中得到广泛应用。
石墨烯、活性炭和碳纳米管等碳基材料在超级电容器中表现出了出色的电化学性能，具有高容量、低内阻和长循环寿命等优点。
此外，通过改变碳基材料的结构和组成，还可以进一步改善超级电容器的性能，满足不同领域对储能装置的需求。
除了电池和超级电容器，碳基材料在其他储能装置中也具有重要应用。
例如，碳纳米材料被广泛应用于储氢材料中，用于实现氢能的有效储存和释放。
碳基材料还可以用于储气装置中，提高其容量和安全性能。
此外，在储能材料的合成和储存过程中，碳基材料也有着广泛应用的潜力。
尽管碳基材料在储能领域中的应用前景广阔，但仍面临一些挑战。
首先，碳基材料的制备方法和工艺需要进一步优化，以提高材料的电化学性能和稳定性。
其次，碳基材料在大规模生产上的成本还相对较高，需要进一步降低成本，以促进其商业应用。
此外，碳基材料的结构和组成对性能的影响仍需深入研究，以实现更好的性能调控和优化。
综上所述，碳基材料在储能装置中的应用研究取得了显著进展，为储能技术的发展做出了重要贡献。
碳材料在储能和电催化领域应用的研究
碳材料在储能和电催化领域应用的研究随着全球经济的高速发展，人们对环境保护和节能减排的意识也越来越强。
在能源储存和转化领域，碳材料作为一种具有良好物理和化学性质的材料，吸引了研究者的广泛关注。
本文将介绍碳材料在储能和电催化领域的应用研究。
一、碳材料在储能领域的应用储能是解决可再生能源波动性和不稳定性的一个重要途径。
而碳材料的特性，比如高度导电性、兼容性等，使其成为储能领域的重要研究材料之一。
目前，碳材料主要应用于电容器和锂离子电池领域。
电容器是一种具有储能功能的电子设备。
碳材料电容器分为双电层电容器和赝电容器两种，其中双电层电容器是最为常见的类型。
优异的电导率和与活性材料的良好接触态尺寸让碳材料成为了电容器的首选电极材料。
早在20世纪50年代，就已经研究出了基于活性炭的电容器，但是由于电容量和特定电量较小，其应用受限。
现如今，碳纳米管、二维氧化石墨烯和二维过渡金属硫化物等碳材料的引入，使得电容量和稳定性得到了极大的提升。
锂离子电池是当今最为流行的电池之一。
由于罕见金属的价格不断攀升，非金属电极的研发和应用成为了一个热门研究领域。
碳材料具有较高的存储锂离子能力、稳定性好等特点，是非金属电极材料的首选。
二氧化钛@石墨烯复合沉淀物、碳纳米管和多孔碳材料等在锂离子电池中得到了广泛的应用。
二、碳材料在电催化领域的应用电催化是一种利用电化学方法促进反应发生的技术。
而碳材料由于其良好的导电性、大比表面积、热稳定性等优势，成为了电催化领域的重要材料。
碳材料的应用包括电解水、CO2还原、电化学合成功能化学等。
电解水是一种利用电解液将水分解成氢气和氧气的技术。
由于氢能的清洁性和高效性，电解水技术受到了越来越多的关注。
而碳材料具有较高的电催化活性、化学稳定性和电化学稳定性，是电解水技术中的重要催化剂。
石墨烯、多孔碳材料、以及碳复合材料等在电解水中均得到了广泛的应用。
CO2还原是一种利用电化学方法将CO2还原为化学品的技术。
碳纳米材料的电化学性能研究
碳纳米材料的电化学性能研究在过去的几十年中，纳米科学和纳米技术的发展引起了巨大关注。
纳米材料因其独特的物理和化学特性，被广泛应用于各个领域，包括电子、能源、催化等。
碳纳米材料作为一类重要的纳米材料，在电化学领域展现出了巨大的潜力。
本文将重点介绍碳纳米材料的电化学性能研究，并探讨其在能源存储和转换领域的应用。
一、碳纳米材料的种类及制备方法碳纳米材料是由碳原子构成的纳米结构材料，具有高度的晶体结构和表面活性。
常见的碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳等。
碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，在电催化、电池和超级电容器等领域有广泛的应用。
石墨烯是由碳原子构成的单层薄片，具有高度的导电性和导热性，在电极材料和催化剂中有广泛的应用。
纳米多孔碳具有大比表面积和高孔容量，可用于储能、分离和催化等方面。
碳纳米材料的制备方法多种多样，常见的方法包括化学气相沉积、机械剥离法和热处理法等。
化学气相沉积是一种常用的碳纳米管制备方法，通过将碳源在高温下分解，碳原子重新排列形成碳纳米管。
机械剥离法是制备石墨烯的一种有效方法，通过对石墨进行机械剥离，获得单层的石墨烯。
热处理法是一种制备纳米多孔碳的方法，通过选择合适的碳源和炭化温度，在高温下形成多孔的碳材料。
二、碳纳米材料的电化学性能研究方法为了充分发挥碳纳米材料的优异性能，在电化学应用中需要深入研究其电化学性能。
常用的研究方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和电化学测试等。
扫描电子显微镜和透射电子显微镜可以用于观察碳纳米材料的形貌和结构特征。
通过SEM和TEM的观察，可以了解碳纳米材料的形貌、尺寸和分散性等。
X射线衍射可以用于分析碳纳米材料的晶体结构和晶格常数，从而得到其晶体学信息。
电化学测试是评估碳纳米材料电化学性能的重要方法。
常见的电化学测试包括循环伏安法（CV）、恒流充放电测试、交流阻抗谱（EIS）等。
循环伏安法可以通过对碳纳米材料施加不同的电压，得到材料的电流-电压曲线，从而了解其电化学活性和电子传递性能。
储氢材料的储氢原理
储氢材料的储氢原理储氢材料是一类能够吸附、储存和释放氢气的物质。
它们通常由金属或非金属材料构成，具有较高的氢气吸附能力。
在储氢材料中，氢气分子以氢键或作为氢化物与材料表面或晶体结构之间的化学键形成相互作用。
储氢材料的储氢原理主要有物理吸附、化学吸附、氢化物和电化学吸附。
物理吸附是一种通过van der Waals力吸附氢气的储氢机制。
在物理吸附过程中，氢气分子与储氢材料之间的相互作用是弱的非共价力。
扩大储氢材料的比表面积可以提高物理吸附氢气的容量。
物理吸附的储氢材料一般具有较低的储氢温度和压力要求。
化学吸附是一种通过化学键吸附氢气的储氢机制。
在化学吸附过程中，储氢材料通过与氢气分子之间的化学反应形成强的化学键。
常用的储氢材料有过渡金属和其合金，如镍、钛、铌等。
化学吸附储氢材料的储氢温度和压力一般较高。
氢化物是一种通过形成金属氢化物结构来储存氢气的储氢机制。
在氢化物储氢材料中，氢气分子以金属原子为中心与材料表面或晶体结构之间形成化学键。
氢化物储氢材料的储氢容量相对较高，可以实现高密度储氢。
但氢化物在常温下释放氢气的动力学过程较慢，需要加热或加压来实现释放。
电化学吸附是一种利用电化学电位差来控制氢气吸附和释放的储氢机制。
在电化学储氢材料中，氢气分子通过吸附或离子态与材料表面形成化学键。
电化学储氢材料可以实现快速的氢气吸附和释放，具有较高的储氢动力学性能。
目前正在研究的一些电化学储氢材料包括氢化硼、氮化硼和碳纳米管等。
总的来说，储氢材料的储氢原理主要包括物理吸附、化学吸附、氢化物和电化学吸附。
不同的储氢机制适用于不同的应用需求和储氢条件。
研究和开发高效、经济、可持续的储氢材料对于促进氢能源技术的发展和应用具有重要意义。
多孔炭材料简介
多孔炭材料简介由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的多孔炭材料在具备炭材料性质（如化学稳定性高、导电性好、价格低廉等）优点的同时，还具有比表面积大、孔道结构可控、孔径可调等诸多特点。
因此，多孔炭材料可应用于分离净化、色谱分析、催化、光学器件、能量存储、生物分离薄膜及纳米反应器等领域。
由三维网络结构形成的大孔结构使多孔炭材料具有优异的吸附性能。
目前，随着多孔炭材料研究的深入和应用的加快，在制备多孔炭材料时，不仅需要控制介孔材料的介观结构、孔径及孔道排列，而且对其微米级的宏观形貌也有具体要求。
现已经成功合成了球、纤维、棒、单晶和体材料等多种形貌的介孔炭材料。
一、多孔炭材料类型多孔炭材料根据孔直径大小分为三类：微孔炭材料（Micropore,＜2nm）介孔炭材料（Mesopore,2~50nm）和大孔炭材料Macropore,＞50nm）。
其中微孔炭材料又分为极微孔（＜0.7nm）和超微孔炭材料（0.7~2nm）。
根据多孔炭材料的结构特点，又将其分为无序多孔炭和有序多孔炭材料。
其中，无序多孔炭材料的孔道不是长程有序，孔道形状不规则，孔径大小分布范围宽。
无序微孔材料中很重要的一类是分子筛型微孔炭，具有均一的微孔结构，孔直径在几A之内。
图11为模板法制备的有序多孔炭及无序多孔炭的流程图5A为不连通孔道模板制备的无序多孔炭，B为相互连通空隙模板制备的有序多孔炭。
多孔炭的微孔材料适合于吸附小分子化合物，而介孔炭材料则适合吸附分子直径较大的染料、维生素及高分子化合物等。
二、制备多孔炭材料的原材料理论上，只要能得到炭都可用作合成多孔炭的原料。
因此，制备多孔炭材料的原料种类繁多，主要有生物质材料、合成高分子材料、废弃高分子材料、焦油与煤炭材料等四类。
1、生物质材料可用作炭材料前驱体的生物质材料，既可以是植物的枝、干、叶、果实与果壳，也可以是动物的骨头和粪便，也可以来源于海洋生物（如海藻）。
枝干类材料有木材、竹、树皮、玉米芯和茎；果壳类材料有稻麦壳、核桃、椰子壳、果核、栗子壳、棉子壳等；还有蔗糖、糖蜜、咖啡豆、甘蔗渣、甜菜渣、木质素等。
有序介孔碳材CMK-3性能参数 有序介孔碳材CMK-3规格参数
有序介孔碳材CMK-3性能参数有序介孔碳材CMK-3性能参数，大部人都是不大了解的。
介孔碳是一类新型的非硅基介孔材料，具有巨大的比表面积（可高达2500m2/g）和孔体积（可高达2.25cm3/g），非常有望在催化剂载体、储氢材料、电极材料等方面得到重要应用，因此受到人们的高度重视。
下面就由先丰纳米简单的介绍有序介孔碳材CMK-3性能参数。
介孔材料制得的双电层电容材料的电荷储量高于金属氧化物粒子组装后的电容量，更远高于市售的金属氧化物双电层电容器。
与纯介孔硅材料相比，介孔碳材料表现出特殊的性质，有高的比表面积，高孔隙率；孔径尺寸在一定范围内可调；介孔形状多样，孔壁组成、结构和性质可调；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性；合成简单、易操作、无生理毒性。
它的优点之处还在于其在燃料电池，分子筛，吸附，催化反应，电化学等领域的潜在应用价值。
近年来，介孔材料科学已经成为国际上跨化学、物理、材料、生物等学科交叉的热点研究领域之一，更成为材料科学发展的一个重要里程碑。
另外，材料具有有序中孔孔道结构，孔径尺寸3.9 nm，比表面积在500-1500 m2/g 范围之内。
孔容在0.7-1.5 cc/g之间。
中孔炭材料具有较高的比表面积和孔容以及良好的导电性、生物相容性和耐腐蚀性等特点,在电化学电极材料、催化剂载体、色谱柱吸附剂、蛋白质分离等领域有巨大应用前景。
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生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究
生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究生物质多孔炭的制备及其电化学性能研究摘要：炭材料作为一种重要的电化学电极材料，具有高比表面积、导电性能优异、化学稳定性高等特点，因此被广泛应用于能源储存和转化领域。
在本研究中，我们采用生物质作为前驱体，通过热处理与激活方法制备了多孔炭材料，并对其电化学性能进行了研究。
通过扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附-脱附等方法对样品的形貌和孔结构进行了表征。
同时，我们还使用循环伏安法（CV）和恒流充放电（GCD）法评估了材料在超级电容器中的电化学性能。
1. 引言生物质作为一种可再生、丰富的天然资源，具有多孔结构和较高的碳含量，适合用于制备多孔炭材料。
通过热处理与激活方法，可以进一步提高生物质材料的比表面积和孔容。
多孔炭材料具有高电导率和大比表面积等优点，因此在能源存储和转化方面具有广阔的应用前景。
2. 实验部分2.1 原料制备我们选择某种生物质作为前驱体，通过研磨和筛分得到一定粒度的生物质粉末。
2.2 炭材料制备将生物质粉末放入炉中，在惰性气氛下进行炭化处理，通过控制炭化温度和时间得到初步的炭材料。
然后，将初步的炭材料放入活化剂中进行激活处理，以产生更多的孔结构和提高比表面积。
3. 结果与讨论3.1 形貌表征通过扫描电子显微镜观察样品的形貌，结果显示多孔炭材料呈现出较为均匀的孔洞分布，并且孔径大小分布在纳米至微米尺度之间。
3.2 孔结构表征使用N2吸附-脱附法对样品的孔结构进行表征，结果显示多孔炭材料具有较高的比表面积和孔容。
这对于提高电化学性能至关重要，因为更大的比表面积可以提供更多的活性表面，更多的孔容可以提供更多的电解质扩散通道。
3.3 电化学性能测试我们使用循环伏安法和恒流充放电法测试了多孔炭材料在超级电容器中的电化学性能。
结果显示，多孔炭材料具有较高的电容量和较好的循环稳定性，表明其在超级电容器中具有良好的电化学性能。
4. 结论通过生物质作为前驱体，我们成功制备了多孔炭材料，并对其电化学性能进行了研究。
电化学储氢
电化学储氢随着全球能源危机的日益加剧，人们开始意识到寻找新能源的重要性。
氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源逐渐引起了人们的关注。
然而，氢气的储存一直是一个难题。
传统的氢气储存方式需要高压容器或低温液氢储存，其成本高且存在安全隐患。
而电化学储氢技术因其储存效率高、成本低、安全性好等优点，成为了目前氢气储存领域的研究热点之一。
电化学储氢是利用电化学反应将氢气储存在材料中，以达到氢气储存的目的。
电化学储氢分为吸附型和化学反应型两种。
吸附型电化学储氢是指将氢气吸附在材料表面，如炭材料、金属有机骨架材料等。
化学反应型电化学储氢则是指将氢气通过化学反应储存在材料中，如金属储氢材料、氧化物、硼化物等。
吸附型电化学储氢技术的优点在于其储存容量大、循环性能好、储氢动力学快等。
而化学反应型电化学储氢技术则具有储氢密度高、储氢容量大等优点。
目前炭材料是最常用的吸附型电化学储氢材料之一，其储氢容量可达到7.5wt%。
而化学反应型电化学储氢材料中，金属储氢材料是最常用的，其储氢容量可达到17wt%。
电化学储氢技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 储氢材料的开发：目前，吸附型电化学储氢材料中，炭材料的储氢容量已经接近极限，需要寻找新的吸附型储氢材料。
化学反应型电化学储氢材料中，需要开发更高储氢容量的材料。
2. 储氢动力学研究：电化学储氢材料的储氢动力学直接影响其应用性能。
因此，需要深入研究各种电化学反应的催化机理和动力学特性，以提高储氢速率和循环性能。
3. 储氢系统的设计：电化学储氢系统的设计需要考虑多种因素，如储氢材料的选择、电极的设计、储氢系统的工作温度和压力等。
因此，需要开展系统性的研究，以实现高效、稳定、安全的电化学储氢系统。
电化学储氢技术的应用前景广阔。
它可以作为氢能发动机、燃料电池等氢能转换技术的重要组成部分，也可以作为便携式氢气储存装置的重要技术支持。
未来，随着氢能技术的不断发展，电化学储氢技术将成为氢能产业链中的重要环节，为实现清洁、高效、可持续的能源转换和利用做出贡献。
电化学储氢
电化学储氢随着全球能源需求的不断增长，传统能源的供应已经面临极大的压力，同时环境污染也日益严重。
因此，寻找新型的清洁能源已经成为了全球范围内的热门话题。
在这个背景下，氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源，受到了越来越多的关注。
但是，氢的储存和运输一直是氢能产业面临的难题。
在这个问题上，电化学储氢技术成为了一个备受关注的解决方案。
一、电化学储氢的基本原理电化学储氢是将氢通过电化学反应转化为化合物，以便在储存和运输过程中更加安全、方便。
电化学储氢可以分为两种类型：吸附型和化学储氢型。
在吸附型电化学储氢中，氢被吸附到电极表面上的材料中，例如金属氢化物和碳纳米管。
在化学储氢型电化学储氢中，氢被储存在化合物中，例如氢化钠和氢化锂。
电化学储氢的基本原理是利用电流将氢离子还原成氢气，或者将氢气氧化成氢离子。
这个过程中，电极和电解质起到了关键的作用。
电极是电流的载体，它能够提供电子或者接受电子，从而将氢离子还原成氢气或者将氢气氧化成氢离子。
电解质则是连接电极的介质，它能够传导电荷，同时也能够限制离子的扩散，从而实现氢离子和电子之间的转移。
二、电化学储氢的材料在电化学储氢技术中，材料的选择是至关重要的。
材料的性能直接影响到电化学储氢的效率和可靠性。
以下是常见的电化学储氢材料：1. 金属氢化物金属氢化物是一种常见的吸附型电化学储氢材料。
它们能够吸附氢气，形成氢化物，从而实现氢的储存。
金属氢化物具有较高的储氢密度和较低的氢压力，因此被广泛应用于氢能储存领域。
2. 碳纳米管碳纳米管是一种新型的吸附型电化学储氢材料。
它们具有大的比表面积和优异的机械性能，能够在其表面上吸附氢气。
碳纳米管的储氢密度较低，但是其稳定性和可再生性较好，因此被广泛应用于氢能储存领域。
3. 氢化钠和氢化锂氢化钠和氢化锂是一种常见的化学储氢型电化学储氢材料。
它们能够与氢气反应，形成氢化物，从而实现氢的储存。
氢化钠和氢化锂具有较高的储氢密度和较低的氢压力，但是它们的反应速度较慢，因此需要较长的反应时间。
碳材料在储氢中的应用研究
碳材料在储氢中的应用研究随着环保理念的日益深入人心和全球温室气体排放的压力不断加大，寻求替代化石能源的新兴技术成为科学界和工业界共同关注的话题。
其中，储氢技术被视为最具潜力的清洁能源转化技术之一。
碳材料在储氢中的应用研究，正逐渐成为科学家们的热门研究课题。
一、储氢技术发展现状储氢技术是将氢气储存在材料中，并通过一系列技术手段将其充放电的过程，以此实现氢气的存储和运输。
目前，主流的储氢方法主要有压缩储氢、液态储氢和吸附储氢。
其中，吸附储氢是一种具有广阔应用前景和良好石氢重复性能的储氢方式。
二、碳材料在储氢中的应用碳材料由于其繁多的形态结构以及化学性质的多样性，可以成为理想的储氢材料。
目前，大多数碳材料的储氢实验都是基于气态氢的吸附性能，但由于氢气的重量和体积都很小，氢在碳材料中储存量相对偏少，因此需要寻求更高效的储氢方法。
三、碳材料的改性与改进针对碳材料在储氢中存在的问题，研究人员尝试通过改性和改进来提高其储氢性能。
例如，将碳材料与金属材料复合，增加其储氢容量。
此外，也有研究人员通过核磁共振技术探索碳材料的孔隙结构，以提高碳材料的储氢容量，并加深对碳材料储氢机理的认识。
四、展望与挑战碳材料在储氢中的应用有望成为可持续发展的清洁能源解决方案之一。
未来，需要在碳材料制备和性能优化等方面不断进行探索和改进，以提高碳材料的储氢性能。
此外，还需要探索更多的储氢方式和技术，以解决储氢效率低、储氢量小等问题，为碳材料在储氢中的应用提供更加有力的支持。
总之，碳材料在储氢中的应用研究，既是一项前沿性的科学研究，也是可持续能源转型的关键技术之一。
在未来的研究中，我们期望能够通过不断深入的探索，为中枢能源储存和清洁能源转化做出更大的贡献。
电化学方法制备碳纤维及其性能研究
电化学方法制备碳纤维及其性能研究碳纤维作为一种新型的高强度、高模量材料，因其系综合性能十分突出，因此在各种领域都有广泛的应用。
碳纤维制备方法主要有喷丝法、化学气相沉积法、炭化法等，而电化学合成法是一种新兴且具有潜力的碳纤维制备方法。
1. 电化学合成碳纤维的方法及原理电化学合成碳纤维是指利用金属离子（如Ni、Cu等）在电极表面电化学沉积，再通过一定的热处理得到具有一定结晶度的多孔碳纤维的过程。
具体而言，其制备步骤如下：(1) 制备电极：将金属（如镍）涂覆在碳纤维表面，形成一定形状的电极。
(2) 电解液的准备：选择合适的电解液对电解过程进行控制，一般采用含配位底物的电解液。
(3) 电化学处理：将制备好的电极置于电解液中进行电化学反应。
在电极表面，金属离子被还原为金属沉积，一旦沉积到一定厚度，则形成金属凝聚体并脱离电极表面。
(4) 热处理：将金属凝聚体在热处理条件下，炭化为多孔碳纤维。
2. 电化学合成碳纤维的特点(1) 制备简便：相比其他制备碳纤维的方法，电化学合成碳纤维无需利用复杂设备，制备简便。
(2) 工艺可控性强：通过调节电位、电流密度、电化学反应时间等因素，可以控制制备出的碳纤维的结构和性能。
(3) 制备出的碳纤维具有良好的微观结构：制备出的碳纤维具有气孔，表面积大，检测表明其比表面积可达到2000平方米每克左右，为传统炭化法向碳纤维的超炭化提供了优异的前驱体。
(4) 抗拉性能优异：电化学合成碳纤维制备出的炭化纤维具有优异的抗拉性能，其强度可以达到2400 MPa以上。
3. 电化学合成碳纤维在应用中的表现随着碳纤维在航空航天、军事以及新材料领域中的广泛应用，制备高性能碳纤维的研究逐步成为学术研究和实际应用的热点。
电化学合成碳纤维具有许多优点，例如具有良好的微观结构、工艺可控性强等，因此在应用上具有非常广泛的前景。
例如在储能领域，利用电化学合成碳纤维可以制备具有优良性能的电极材料，从而提升电容器的性能。
碳基材料的研究与发展
碳基材料的研究与发展在当今全球经济高速发展的背景下，我们面临着各种环境问题和能源危机。
因此，人们开始探寻新的材料和技术来解决这些问题。
碳基材料因其独特的性质和广泛的应用领域而备受关注。
碳基材料是指由碳原子构成的材料。
它们具有许多优异的物理、化学和机械性能，如高硬度、高强度、高导电性、高热稳定性和耐高温性等。
它们的特殊性质使它们在电子学、能源、光学、材料科学等领域有着广泛的应用。
当前，碳基材料已成为研究热点和发展方向之一。
从全球来看，碳基材料的研究和发展主要分为两个方面：一是碳纳米管和二维材料的研究，另一个方面是碳的多孔材料的研究。
具体来说，碳纳米管和二维材料具有纳米尺寸、高比表面积和出色的电学、热学、光学等性质，可作为未来电子器件的重要构建单元；而碳的多孔材料，如活性炭、碳分子筛等具有广泛的应用领域。
碳纳米管和二维材料的研究碳纳米管是由碳原子组成的圆柱形结构，直径可以从纳米级别到亚微米级别，长度可以达到几百微米。
碳纳米管具有结构化学、电经典、热力学、弹性学和光学等各个方面的重要性质。
近年来，碳纳米管的研究已成为材料科学研究的热点。
碳纳米管的制备主要分为几种方法：化学气相沉积方法、电化学沉积方法、等离子体增强化学气相沉积方法、电弧气氛沉积法以及化学还原等方法。
例如，采用浮动催化剂化学气相沉积（CVD）方法可以制备出高质量的多壳纳米管，这种方法可以大规模、低成本地生产碳纳米管。
Fourier Transform Infrared Spectroscopy（FTIR）可以用来测量发生化学反应的组合州和基团，来研究制备碳纳米管的过程。
与碳纳米管类似的是二维材料。
二维材料是指具有二维结构的材料，即其高和宽远大于厚。
例如，石墨烯是一个由碳原子组成的二维材料。
具有高的导电性和透明性，还具有高的热传导性。
两者的研究在未来电子器件的制备方面具有重要应用。
团队通过利用石墨烯与半导体材料之间的能带匹配优势，制造了高性能硅石墨烯场效应晶体管。
介孔碳 燃料电池催化剂
介孔碳燃料电池催化剂
介孔碳是一种有序介孔材料，具有良好的孔隙率、大比表面积、良好的电子导电性和水热稳定性等特点，可以作为燃料电池的电催化剂载体和多孔气体扩散电极的骨架。
当介孔碳负载金属纳米粒子后，可以制备高效的催化反应电极，应用于能量转换与转化器件。
介孔碳作为催化剂载体可以增大催化金属的分散性，提高催化金属与电解质的接触面积，从而增大气体电解液金属粒子的3相界面，提高反应活性。
介孔碳还为气液相传质提供了有利的通道，并与疏水性的扩散层一起控制着催化层的排水性能，具有良好的电子传导和优异的抗腐蚀性能。
因此，介孔碳在燃料电池催化剂领域具有一定的应用前景，有望为燃料电池的发展提供新的思路和方法。
不过，介孔碳的制备和应用仍需要进一步研究和探索，以实现其在燃料电池催化剂领域中的广泛应用。
《第 11届全国氢能会议暨第 3届两岸三地 氢能研讨会》大会紧急
《第11届全国氢能会议暨第3届两岸三地氢能研讨会》大会紧急通知（二）
各位代表：
本次大会展示形式分为口头报告、大字报及仅发表摘要三种形式，这三种形式同等重要。
请代表仔细核对自己文章摘要编号所在的位置，是口头报告（已列在日程表中）还是大字报（已列在大字报清单中）。
由于会议规模限制，部分申请发言，被会议安排为大字报，请这些代表回信xfc05@确认是否同意大字报或要求仅发表摘要。
截止时间为2010年10月12日24：00，如不回复，则视为同意大会安排。
请特别注意：
1）发言者，请提前将PPT交会场工作人员。
为节约时间，发言者均使用会议提供的电脑。
2）请发言者准时在指定的会场和时间发言。
发言突出自己的亮点，背景知识从简，以便在规定的时间内，进行更多的
交流。
3）大字报需要在指定的地点和时间张贴与撤回，请注意通知。
4）准备经由大会推荐发表文章者，其文章摘要应收录在本次会议《摘要集》中，且作者之一应出席杭州会议。
5）准备发表文章者需填写申请表，并及时反馈给会议。
请用电子邮件：xfc05@
发表文章申请表
第11届全国氢能会议暨第3届两岸三地氢能研讨会日程表
大字报清单
第11届全国氢能会议暨第3届两岸三地氢能研讨会大会组委会
2010年10月9日。
储氢材料的发展历程
储氢材料的发展历程随着能源危机的威胁和人们对环境保护的重视，寻找一种高效、清洁、可再生的能源成为当今社会的迫切需求。
而氢能作为一种无污染、高能量密度的能源被广泛关注，并被认为是未来能源的重要选择。
然而，氢气的储存一直是一个难题。
为了解决这一问题，科学家们对储氢材料进行了长期研究和探索。
本文将会介绍储氢材料的发展历程。
20世纪60年代，科学家们开始研究氢气的储存问题，最早的储氢材料是压缩氢气。
压缩氢气储存技术是将氢气通过高压气瓶进行储存，这种方法能够实现高能量密度的储存，但是存在着气瓶体积大、储氢效率低等问题，限制了其在实际应用中的推广。
为了提高储氢效率，科学家们开始研究吸附储氢材料。
吸附储氢材料是指能够以化学或物理吸附的方式将氢气吸附在其表面上的材料。
1989年，美国科学家发现了一种新型的吸附储氢材料——全氟磺酸聚合物（PFSA）。
这种材料具有高度的孔隙结构和表面积，能够实现高效储氢。
然而，PFSA材料存在着价格昂贵、稳定性差等问题，限制了其在实际应用中的推广。
随着科学技术的不断进步，研究人员又开始探索吸附储氢材料的新突破。
2004年，英国科学家发现了一种新型的吸附储氢材料——碳纳米管。
碳纳米管具有超高的比表面积和丰富的孔隙结构，能够实现高效储氢。
此外，碳纳米管还具有良好的化学稳定性和机械强度，是一种非常有潜力的储氢材料。
除了吸附储氢材料，科学家们还在研究氢化物储氢材料。
氢化物储氢材料是指能够与氢气进行化学反应形成氢化物的材料。
最早的氢化物储氢材料是金属氢化物，如锂氢化物和镁氢化物。
这些材料能够实现高密度的储氢，但是存在着反应速率慢、储氢/放氢过程中产生的热量难以排出等问题。
为了改善这些问题，科学家们开始研究金属氢化物的合金化和纳米化。
通过合金化和纳米化的方法，可以提高储氢/放氢过程的速率，并减少反应产生的热量。
近年来，科学家们又开始研究储氢材料的新型结构和新型机制。
例如，金属有机框架（MOF）是一种由金属离子与有机配体组装而成的多孔晶体材料，具有高度的孔隙结构和表面积，能够实现高效储氢。
碳材料孔缺陷
碳材料孔缺陷全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：碳材料孔缺陷是指碳材料中存在的各种形状和尺寸的孔洞或缺陷。
这些孔洞或缺陷对碳材料的结构和性能具有重要影响，因此在碳材料的研究和应用中倍受关注。
碳材料孔缺陷主要包括微孔、中孔和大孔，它们分别具有不同的结构特征和物理化学性质。
下面将详细介绍碳材料孔缺陷的相关内容。
微孔是指直径小于2纳米的孔洞，通常由碳材料内部的原子层次结构或功能团引起。
微孔的存在对碳材料的吸附、扩散和催化等性能产生显著影响，因此在吸附材料、分离膜和电化学器件等领域有广泛的应用。
微孔的尺寸和形状可以通过合成方法和处理方式进行调控，以实现对碳材料的性能优化。
除了微孔、中孔和大孔外，碳材料中还存在各种其他形状和尺寸的孔缺陷，如裂缝、孔隙和污染等。
这些孔缺陷对碳材料的力学性能、热传导性能和化学稳定性等方面产生重要影响，因此在碳材料的设计和制备中需要充分考虑这些孔缺陷的影响。
碳材料孔缺陷是碳材料研究和应用中不可忽视的重要因素。
通过合适的制备方法和调控条件，可以实现对碳材料孔缺陷的优化，从而实现碳材料性能的提升和多功能化应用。
希望未来在碳材料孔缺陷领域的研究能够取得更大的突破和进展，为碳材料的应用和发展做出更大贡献。
【2000字】第二篇示例：碳材料一直以来都是材料科学研究中的重要领域，其在电子、光电器件、储能材料等方面都有着广泛的应用。
而在碳材料的研究过程中，常常会涉及到孔缺陷这一重要概念。
孔缺陷不仅影响着碳材料的物理和化学性质，还对其在各种应用中的性能产生着重要的影响。
研究碳材料孔缺陷是当前碳材料研究的一个热点领域。
我们来看看碳材料的孔缺陷是怎样产生的。
碳材料的孔缺陷主要包括两种类型：微观孔隙和宏观孔洞。
微观孔隙是碳材料内部的局部结构缺陷，常常表现为碳原子的缺失或疏松部分。
而宏观孔洞则是大面积的孔洞结构，常常是由于碳材料表面的腐蚀或热处理过程中气体的挥发等原因造成的。
这些孔缺陷使得碳材料的结构不规则，具有更多的表面活性位点，从而具有更好的吸附和催化性能。
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[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2007,23(9)：1399-1404September Received:January 30,2007;Revised:May 18,2007;Published on Web:July 6,2007.∗Corresponding author.Email:songhh@;Tel:+8610⁃64434916.中国石油化工集团公司科学研究开发项目(X504014)和教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET ⁃04⁃0122)资助ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica有序中孔炭的电化学储氢性能刘宇林李丽霞陈晓红宋怀河∗(北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京100029)摘要：将蔗糖、聚环氧乙烯⁃聚环氧丙烯⁃聚环氧乙烯三嵌段共聚物和硅源构成的复合物进行预炭化、炭化和除硅处理合成出有序中孔炭,采用XRD 、TEM 、HRTEM 和N 2吸脱附等手段对其进行表征,并将有序中孔炭制成电极开展恒流充放电储氢性能研究.结果显示,具有较高比表面积(720m 2·g -1)和孔容(0.86cm 3·g -1)的有序中孔炭材料的电化学储氢容量为70.1mAh ·g -1,高于具有相对较低比表面积(610m 2·g -1)和孔容(0.66cm 3·g -1)的有序中孔炭储氢容量(64.1mAh ·g -1).通过与单壁碳纳米管电极(25.9mAh ·g -1)的对比,表明有序中孔炭具有良好的电化学储氢性能和更高的电化学活性.关键词：有序中孔炭;电化学储氢;氢吸附中图分类号：O646The Electrochemical Hydrogen Storage Properties of OrderedMesoporous CarbonsLIU Yu ⁃Lin LI Li ⁃Xia CHEN Xiao ⁃Hong SONG Huai ⁃He ∗(State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing100029,P.R.China )Abstract ：Ordered mesoporous carbon materials were successfully synthesized by an easy method of the carbonization of sulfuric ⁃acid ⁃treated silica/triblock copolymer/sucrose composites.The morphologies,structures and pore characteristics of the carbon materials were investigated by X ⁃ray diffraction (XRD),nitrogen adsorption desorption and transmission electron microscopy (TEM and HRTEM)measurements.On the basis of comparing the surface areas and pore properties of two ordered mesoporous carbons obtained by changing the content of the reactants,their electrochemical hydrogen storage capacities were tested by Galvanostatic charge ⁃discharge measurement.The results showed that the carbon material (C ⁃P)with higher specific surface area (720m 2·g -1)and pore volume (0.86cm 3·g -1)had higher hydrogen storage capacity (70.1mAh ·g -1)than the carbon material (C ⁃S)(64.1mAh ·g -1)with lower specific surface area (610m 2·g -1)and pore volume (0.66cm 3·g -1).Both of the two ordered mesoporous carbons exhibited higher hydrogen storage capacities than the single ⁃walled carbon nanotubes (25.9mAh ·g -1).The cyclic voltammetry measurement indicated that the ordered mesoporous carbon electrode possessed higher electrochemical activity than single ⁃walled carbon nanotubes electrode.Key Words ：Ordered mesoporous carbon;Electrochemical hydrogen storage;Hydrogen adsorption氢能是公认的清洁能源,最有希望在未来替代石化能源.在氢能的应用中,氢能的储存是最为关键的一环.目前研究最成熟的是金属氢化物储氢,然而金属氢化物质量较重,储氢质量分数较低,不能符合汽车动力的要求.因此,寻找一种具有高储氢容量的材料是氢能储存的关键.炭材料的电化学储氢是一种较为简单有效的氢能储存方法[1-5].Nutzenadel 等[1]最早研究了未纯化的1399Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)的电化学储氢能力.他们将CNTs和金粉以1∶4混合制成电极,测得碳纳米管在充放电电流密度为200mA·g-1时的电化学储氢容量是110mAh·g-1,并预测如果用高纯度的碳纳米管应该可以获得更高的储氢容量.其后许多科学家分别研究了不同制备方法得到的碳纳米管的电化学储氢容量,其值从9mAh·g-1到800mAh·g-1不等.而Niessen等[6]认为,活性金属对电极的放电过程有很大影响,许多碳纳米管电极放电平台其实对应的是活性金属的氧化电位,因而测得的储氢容量是不准确的.总之,到目前为止,报道的碳纳米管的电化学储氢结果差别较大,研究者说法不一.目前碳纳米管储氢面临相当大的困难,这就要求我们不断寻找具有更好储氢性能的炭材料.自1999年Ryoo等[7]首先制备出有序中孔炭以来,其独特的结构引起科学家的广泛关注,被认为是很有前景的储氢材料.有序中孔炭具有如下结构特点[8]:1)高的比表面积和孔容；2)具有三维互连的中孔网络结构,能提高氢在管道内的动力学性能；3)能通过改变碳前驱体种类以及渗透进模板的碳含量来改变微孔和中孔比例.Gadiou等[8]用体积法测量了模板法制备的有序中孔炭的储氢容量,并研究了储氢容量与有序中孔炭孔结构的关系,认为微孔对其储氢容量起关键性作用.Terres等[9]在77K和298K下分别测定了有序中孔炭的储氢容量,在77K下储氢容量超过了2.7%.同时,他们认为具有高比表面积的炭材料是良好的储氢材料,要想提高储氢容量,就必须提高材料的比表面积.Vix⁃Guterl等[10]考察了不同碳源制备的有序中孔炭的储氢容量.通过对比研究,他们认为高比表面积的炭材料的储氢容量较高,且最适合氢储存的是孔径为0.7nm的有序中孔炭.Fang 等[11]通过改变有序中孔炭的制备反应条件,改善了中孔炭的孔结构,测得其储氢容量为527mAh·g-1,对应于储氢质量分数为1.95%.综上所述,有序中孔炭的储氢性能随原料和制备方法的不同而不同.上述研究中的有序中孔炭大多都是采用两步模板法制得,而这种制备方法工艺繁琐,结果难以重复[12].而且,主要采用体积法测量低温、高压状态下的储氢性能,用电化学方法对有序中孔炭电化学过程进行详细研究的报道较少.笔者所在实验室采用一种简单的方法,即由蔗糖/三嵌段共聚物/硅源形成的三元复合物直接炭化除硅制备了有序中孔炭材料,通过改变碳源的类型和用量得到了两种孔结构不同的有序中孔炭[13,14].本文将以此为基础,主要采用恒流充放电和循环伏安法研究有序中孔炭的电化学储氢容量及储氢过程,并将其与市场化的单壁碳纳米管(SWCNTs)作对比,初步探讨了材料比表面积和孔结构特征与其储氢性能的关系.1实验1.1有序中孔炭的制备及其表征由蔗糖/三嵌段共聚物/硅三元复合物直接炭化除硅来制备有序中孔炭.将4g P123(三嵌段共聚物EO20PO70EO20的简称)和1g蔗糖(C12H22O11)加入到160mL、2mol·L-1的盐酸溶液中,在38-40℃下搅拌,溶解后再加入9.2mL正硅酸乙酯(TEOS),继续搅拌24h.原料的物质的量之比为P123/C12H22O11/ HCl/H2O/TEOS=0.017/0.071/7.7/212/1.然后将得到的白色溶液移入高压反应釜后放入100℃烘箱中晶化24h.再经过滤、洗涤和室温下干燥得到蔗糖/ P123/硅复合物；按1g复合物用10mL水和1mL 浓度为98%的硫酸的比例混合搅拌12h,将过滤后所得的沉淀物放入160℃烘箱中保持6h预炭化；预炭化后的复合物在氮气保护下以1℃·min-1的升温速率升温至800℃炭化,保温2h后自然冷却至室温得到炭/硅复合物；最后,在浓度为15%的氢氟酸中浸泡24h得到中孔炭C⁃S.若在前面的步骤中不加蔗糖,其余步骤一样,得到的碳样品则命名为C⁃P.另外,我们使用了深圳纳米港有限公司生产的单壁碳纳米管样品作为对比样,其基本物性参数为直径(d)≤2nm,长度(l)=0.5-50μm,比表面积(S)≥600m2·g-1,孔径主要集中在2.9nm和8.1nm,SWCNTs 含量≥50%(w,下同),CNTs含量≥90%,无定形炭含量≤5%.实验所用原料除特别指明之外皆由北京化学试剂公司提供,纯度为分析纯,所用水为实验室用去离子水.通过透射电镜(TEM和HRTEM)、XRD、N2吸脱附对所得样品进行表征.TEM和HRTEM测试分别在Toshiba T⁃100型和JEM2010型透射电镜上进行. X射线衍射(XRD)分析在日本理光D/max2500B2+/ PCX(2400X)射线衍射仪上进行,采用Cu Kα辐射(λ= 0.15406nm),控制管内电压和电流分别为40kV和20mA.N2吸脱附在NOVA4200e比表面及孔隙度分析仪上进行.以N2为吸附质,在液氮温度(77K)下测试.测定前样品预先在烘箱内110℃烘4h,然后在吸附仪上350℃真空脱气3-6h,样品用量为1400No.9刘宇林等：有序中孔炭的电化学储氢性能0.10-0.15g.采用BET(Brunauer ⁃Emmet ⁃Teller)方法计算样品的比表面积,基于Kelvin 方程,用BJH (Barett ⁃Joyner ⁃Halenda)方法取脱附分支计算孔径分布.1.2电极的制备将一定质量的有序中孔炭样品、乙炔黑和作为粘结剂的10%(w )聚四氟乙烯乳液按85∶5∶10的质量比均匀混合,干燥后压制成薄圆片,置于真空烘箱中120℃下干燥16h 以上,然后放于两片2cm ×2cm 的泡沫镍之间,冷压成的电极片,压力设定为10MPa,保压10min.电极片以镍带引出,用作电化学测试系统中的工作电极.1.3电化学测试电化学充放电测试在CT2001A 型电池程控测试系统上进行.所测体系为三电极电池体系,上述压制成的电极为工作电极,氢氧化镍电极为对电极,Hg/HgO 标准电极为参比电极,电解质溶液为6mol ·L -1的KOH 溶液,在常温常压进行电化学测试.电池体系在充放电前静置8h,使电极充分浸润.以恒流充放电,控制充电电流密度为200mA ·g -1,充电2h,充电结束后静置5min,然后以50mA ·g -1电流密度放电至-0.01V(vs Hg/HgO 标准电极).下文中除特别指出,所有充放电容量都在此充放电条件下获得.循环伏安测试在CHI660B 电化学工作站上进行.扫描速率为5mV ·s -1,扫描电压范围为-1.2V --0.2V(vs Hg/HgO),所有循环伏安测试都是在5次充放电测试后进行.2结果与讨论2.1有序中孔炭结构表征图1为实验制得的两种有序中孔炭C ⁃S 和C ⁃P 的XRD 衍射图谱.从图中可以看出,在小角度范围内(0.5°-3°)有明显的三个衍射峰,分别对应于材料的(100)、(110)和(200)面,这说明C ⁃S 与C ⁃P 都具有定向有序的六方结构.图2分别为C ⁃P 和C ⁃S 的TEM 及HRTEM 照片.电镜照片进一步确认了C ⁃P 和C ⁃S 的孔道均为长程有序结构.由图2(c)可以测得C ⁃S 管的直径约为3nm.从C ⁃S 的HRTEM 照片可以看出材料孔壁较规整,但没有看到碳的晶格条纹像,说明得到的有序中孔炭是一种无定型结构碳.作为储氢材料,对材料的比表面积及孔结构有较高要求.利用N 2吸脱附测试并通过BET 和BJH 方法可计算得到C ⁃S 和C ⁃P 的比表面积与孔径分布.图3为C ⁃S 和C ⁃P 的N 2吸脱附曲线,可见不管是C ⁃S 还是C ⁃P 都是典型的郁型吸附等温线,说明它们都具有中孔结构.表1给出了C ⁃P 与C ⁃S 的孔径、比表面积和孔容值.C ⁃P 与C ⁃S 的孔径分别集中在3.6和3.0nm.C ⁃P 的比表面积为720m 2·g -1,略高于C ⁃S(610m 2·g -1).同时,C ⁃P 的总孔容量(0.86cm 3·g -1)和微孔容量(0.31cm 3·g -1)也都略高于C ⁃S 的0.66cm 3·g -1和0.27cm 3·g -1.C ⁃P 和C ⁃S 的中孔率分别为0.64和0.59,表明得到的两种炭材料孔隙以中孔为主,材料的比表面积主要由中孔提供.这些孔结构参图1有序中孔炭小角XRD 谱图Fig.1Powder X 鄄ray diffraction patterns of theordered mesoporous carbonmaterials图2有序中孔炭的TEM 和HRTEM 照片Fig.2TEM and HRTEM images of the ordered mesoporous carbon materials(a)TEM image of C ⁃P;(b)TEM image of C ⁃S;(c)HRTEM image of C ⁃S1401Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23数表明,有序中孔炭是一种具有较高比表面积和发达孔结构的材料,而C ⁃P 具有优于C ⁃S 的孔结构参数.在本文中用作对比的单壁碳纳米管具有略低于两种有序中孔炭的比表面积.2.2有序中孔炭电极的电化学储氢研究纳米炭材料的电化学储氢过程与金属储氢原理相似.是将纳米炭材料做成工作电极,与辅助电极Ni(OH)2/NiOOH 构成一个回路,加上参比电极(Hg/HgO 标准电极),组成三电极体系.纳米炭材料电极发生的反应为C+x H 2O+x e -=(C+x H)+x OH -充电时,纳米炭材料电极一侧的电解液中的水离解成氢,进入纳米炭材料孔内.放电时纳米炭材料释放的氢与氢氧根离子结合形成水分子.在这个反应中伴随有电荷的迁移,纳米炭材料每吸附一个氢原子,对应的就有一个电荷迁移,因此,我们可以通过测量反应过程中电荷的迁移量,得出纳米炭材料的电化学储氢容量.图4为C ⁃P 、C ⁃S 和SWCNTs 电极的首次恒流充放电曲线.为了测得材料最大储氢容量,使用较大的电流密度(200mA ·g -1)进行充电,以便在充电容量远大于放电容量的前提下,保证氢充分进入材料内部.而放电电流密度设定为50mA ·g -1,放电截止电位为-0.01V(vs Hg/HgO).从图中可以看出C ⁃S 、C ⁃P和SWCNTs 电极具有相似的充放电曲线.在充电的过程中,工作电极电压逐渐下降,对应于氢进入纳米炭材料内部,当降到-1.1V(vs Hg/HgO)左右时达到稳定.在这个电压下,电解池中有大量气泡冒出,说明其对应于水的分解电压.而在放电过程中,工作电极电压逐渐上升,在-0.5--0.7V(vs Hg/HgO)范围内有一个平台,对应于氢的集中脱出.根据放电曲线可以算出放电容量,即为储氢容量.在整个放电过程中都伴有氢的脱出,所以计算储氢容量时截止电压设为-0.01V(vs Hg/HgO).由图4充放电曲线计算出的C ⁃P 、C ⁃S 和SWCNTs 电极的放电容量值示于表1.C ⁃P 的首次放电容量为70.1mAh ·g -1,而C ⁃S 和SWCNTs 电极的首次放电容量分别为64.1mAh ·g -1和25.9mAh ·g -1.显然,C ⁃P 电极的储氢容量略高于C ⁃S 电极,这是由于C ⁃P 具有略高于C ⁃S 的比表面积、总孔容和微孔孔容的缘故,说明高的比表面积和孔容有利于氢的储存.此结果与文献报道的结果非常吻合[15].Fang 等[11]报道的有序中孔炭的最高储氢容量达到527mAh ·g -1,此结果明显高于我们得到的有序中孔炭的储氢容量.他们的研究是用模板法制备的有序中孔炭材料.在合成硅模板时,通过改变表面活性剂HTAB 与C 16EO 8的比例,得到具有孔径最小、孔壁最薄的硅模板.从而在除去硅模板后得到具有高微孔率及孔径较小的适图3C ⁃S 和C ⁃P 的N 2吸脱附曲线Fig.3N 2adsorption ⁃desorption isotherms ofthe C ⁃S and C ⁃P 表1有序中孔炭的孔结构参数及其电化学放电容量Table 1Pore properties and hydrogen storage capacities of the carbon materialsS e :the external surface;S mi :the micropore surface area;V :the total pore volumes;V mi :the micropore volumeSample Pore diameter （nm ）S BET /(m 2·g -1)S e /(m 2·g -1)S mi /(m 2·g -1)V /(cm 3·g -1)V mi /(cm 3·g -1)Mesopore fraction Discharge capacity(mAh ·g -1)C ⁃P 3.6720669500.860.310.6470.1C ⁃S 3.0610570400.660.270.5964.1SWCNTs2.9,8.1逸600-----25.9图4C ⁃P 、C ⁃S 和SWCNTs 电极的首次充放电曲线Fig.4Galvanostaic charge ⁃discharge behaviors forthe C ⁃P,C ⁃S and SWCNTs electrodescharging current:200mA ·g -1;discharging current:50mA ·g -11402No.9刘宇林等：有序中孔炭的电化学储氢性能合氢储存的有序炭.当控制HTAB与C16EO8的比例为41∶1时,得到的有序炭样品比表面积达到1883 m2·g-1,孔径集中分布于2.1nm左右,中孔率很低.显然,他们得到的是一种微孔非常发达的含有中孔的炭材料.用模板法制备该有序中孔炭材料不仅工艺比较繁琐,而且结果难以重复,我们的方法工艺简单,重复性好,尤其是得到的是一种几乎完全由中孔结构组成的有序材料.另外,尽管比表面积很接近,C⁃P和C⁃S电极的放电容量却都远高于SWCNTs电极,说明材料的储氢能力与材料的本质有很大关系.早期的研究认为纳米碳管由于其特殊的结构具有很高的储氢容量,也得到了许多理想的结果,但是报道的数据大多难以重复.最近几年的研究结果显示,在常温常压下碳纳米管的储氢容量并不高[16,17].我们测得未纯化的商业化SWCNTs电极的电化学储氢容量仅为25.9 mAh·g-1,与文献[5]结果比较接近.有序中孔炭材料具有高于单壁纳米碳管的储氢能力,这可能是因为(1)图2的TEM照片显示C⁃S和C⁃P由类似无定型炭结构组成,这种结构更有利于其与氢的相互作用[17];(2)我们制得的有序中孔炭样品孔道为定向有序结构,有利于氢在电极中的转移以及进入材料的孔隙,而非定向的碳纳米管管身弯曲且互相缠绕,容易发生团聚,限制了氢在电极中的输运及储存[18].因此具有有序孔道、无定形结构的有序中孔炭是一种颇具潜力的储氢材料.图5为C⁃P、C⁃S和SWCNTs电极放电容量随循环次数的变化曲线.放电容量在放电电流密度为50mA·g-1条件下测得,截止电位为-0.01V(vs Hg/HgO).三个电极具有相似的循环性能曲线,前5次循环,放电容量略有下降,5次循环后基本稳定,容量几乎没有衰减.以C⁃P为例,50次循环后电极的放电容量为59mAh·g-1,比首次放电容量衰减了11.1mAh·g-1,衰减率仅为15.8%.说明有序中孔炭材料电极稳定,循环性能良好.通过结构优化,有望得到更高的储氢容量.前几个循环容量的衰减可能是因为炭材料表面有含氧基团,引起氧化还原反应,在充放电过程中形成假电容,几个循环后,界面积累的电荷会消耗殆尽,容量达到稳定.衡量一个材料的储氢性能,不仅要关注其吸附氢的能力,更要考察其释放氢的难易.图6为C⁃S 电极在充放电30个循环后放电容量随放电电流密度变化的曲线.可以看出,随着放电电流密度的增大,有序中孔炭电极的放电容量有所衰减,但是即使放电电流密度增大到一个很大的值(2000mA·g-1),电极的放电容量下降也不是很明显,电流密度从10 mA·g-1增大到2000mA·g-1,C⁃S电极的放电容量衰减不到10%.根据文献报道[19],在小电流放电条件下,高比表面积活性炭同样具有较高的储氢容量,但在大电流放电条件下容量衰减迅速.这说明有序中孔炭电极较活性炭具有良好的大电流放电特性,即在较大的放电电流下,氢照样可以轻易的从有序中孔炭中脱出.这是由于C⁃S的孔径集中分布在3.0 nm左右,是典型的中孔,而活性炭的孔结构中有一大部分超微孔存在.活性炭的孔相对较小,氢从材料的孔结构中脱出遇到的阻力就较大,在大电流快速放电条件下,可能会导致一部分氢不能完全脱出.另外,我们制得的中孔炭具有定向有序结构,更有利于氢、水等物质的快速转移,在较快的放电条件下,氢也能顺利地从材料中脱出.图5C⁃P、C⁃S和SWCNTs电极的循环性能曲线Fig.5Cycle performances of the C⁃P,C⁃S,andSWCNTs electrodesdischarge current:50mA·g-1图6C⁃S电极的放电容量随放电电流变化曲线Fig.6Discharge curve of the C⁃S electrode atvarious current ratesdischarge potential limit:-0.01V(vs Hg/HgO)1403Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2007Vol.232.3有序中孔炭电极的循环伏安曲线图7为C ⁃P 、C ⁃S 和SWCNTs 电极在5mV ·s -1扫描速率下的循环伏安曲线,扫描电压范围为-1.2V --0.2V(vs Hg/HgO).从图7中可以看出,三个电极在-1.2V --1.1V 间都伴随有电流的急剧变化,对应于水在此电压下的电解,这和前面充放电曲线结果是一致的.C ⁃P 和C ⁃S 电极的循环伏安曲线在-0.6V --0.5V 范围内都有一个氧化峰,对应于氢的氧化.在从-0.7V 扫描到-0.2V 电压范围内,C ⁃P 电极的电流值略大于C ⁃S,显示了C ⁃P 电极的活性略高于C ⁃S 电极.而SWCNTs 电极-0.6V --0.5V 范围内仅有一个很微小的氧化峰,峰值远小于C ⁃P 和C ⁃S 电极,这说明有序中孔炭电极的电化学活性高于单壁纳米碳管电极.另外,SWCNTs 电极在-0.4V --0.3V 内有一个较明显的氧化峰,可能对应于单壁碳纳米管制备过程中残留的金属催化剂粒子的氧化,因为一般的纯化过程很难彻底去除全部的金属催化剂颗粒[6].从图中还可以看出有序中孔炭和单壁纳米碳管电极的循环伏安曲线相似,说明两类炭材料的储氢机理是一致的.但是,有序中孔炭C ⁃S 和C ⁃P 却具有比相近比表面积的SWCNTs 更高的储氢容量.其原因可能在于有序中孔炭电极具有比SWNTs 电极更高的电化学活性,也就是说有序中孔炭具有更多的氢吸附位.有序中孔炭的炭层结构更有利于其与氢的作用,而且有序中孔炭具有定向有序结构,有利于氢进入材料的孔隙中,而单壁碳纳米管缠绕在一起,严重阻碍氢进入纳米碳管内的孔隙,碳纳米管的比表面积得不到完全利用.因此,有序中孔炭由于具有定向有序的特殊结构,可能成为优异的电化学储氢材料.3结论研究了两种有序中孔炭样品的电化学储氢行为,并与单壁碳纳米管进行对比.结果显示具有高比表面积和孔容的C ⁃P 具有最高的70.1mAh ·g -1的储氢容量,说明通过提高炭材料的比表面积和孔容能够提高其储氢容量.具有较高的电化学活性的C ⁃P 和C ⁃S 电极的储氢容量都远高于SWCNTs,说明有序中孔炭结构更有利于氢的储存.References1Nutzenadel,C.;Zuttel,A.;Chartouni,D.;Schlapbach,L.Electrochemical and Solid ⁃State Letters,1999,2(1):302Rajalakshmi,N.;Dhathathreyan,K.S.;Govindaraj,A.;Satishkumar,B.C.Electrochim.Acta,2000,45:45113Fazle Kibria,A.K.M.;Mo,Y.H.;Park,K.S.;Nahm,K.S.;Yun,M.H.Int.J.Hydrogen Energy,2001,26:8234Dai,G.P.;Liu,M.;Chen,D.M.;Hou,P.X.;Tong,Y.;Cheng,H.M.Electrochemical 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