纳米储氢电极材料
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展一、本文概述随着全球能源结构的转型和可持续发展目标的日益紧迫，氢能作为一种清洁、高效的能源形式，正受到越来越多的关注。
而储氢材料作为氢能利用的关键环节，其性能的提升和技术的突破对于氢能的大规模应用具有决定性的影响。
本文旨在全面综述储氢材料的研究进展，通过对不同类型储氢材料的性能特点、应用领域以及发展趋势进行深入探讨，以期为氢能领域的科研人员和技术人员提供有益的参考和启示。
本文将首先介绍储氢材料的研究背景和重要意义，然后从物理储氢材料、化学储氢材料和复合储氢材料三个方面，分别阐述各类储氢材料的最新研究成果和进展。
在此基础上，本文将重点分析储氢材料的性能评价指标，如储氢密度、吸放氢动力学、循环稳定性等，并探讨影响这些性能指标的关键因素。
本文将展望储氢材料的发展趋势和未来研究方向，以期为推动氢能领域的技术创新和产业发展贡献一份力量。
二、储氢材料的分类储氢材料，作为能量储存和转换的重要媒介，在氢能源的应用中扮演着关键角色。
根据其储氢机制和材料特性，储氢材料大致可分为物理吸附储氢材料、化学氢化物储氢材料、金属有机骨架储氢材料以及纳米储氢材料等几大类。
物理吸附储氢材料：这类材料主要通过物理吸附作用储存氢气，如活性炭、碳纳米管、石墨烯等。
这些材料具有高的比表面积和良好的吸附性能，能够有效地吸附并储存氢气。
然而，其储氢密度相对较低，且受温度和压力影响较大。
化学氢化物储氢材料：这类材料通过化学反应将氢气转化为氢化物来储存氢，如金属氢化物（如NaAlHMgH2等）和氨硼烷等。
这类材料具有较高的储氢密度，但储氢和释氢过程通常需要较高的温度和压力，且可能伴随有副反应的发生。
金属有机骨架储氢材料：金属有机骨架（MOFs）是一种新型的多孔材料，具有高的比表面积和孔体积，以及可调的孔径和化学性质。
MOFs材料通过物理吸附或化学吸附的方式储存氢气，具有较高的储氢密度和良好的可逆性。
纳米储氢材料：纳米储氢材料主要包括纳米金属颗粒、纳米碳材料等。
纳米材料在储氢材料中的应用研究
纳米材料在储氢材料中的应用研究随着全球能源危机的日益严重，寻找新型的清洁可再生能源已成为全球人民的共同关注点。
其中，氢能源作为一种绿色、高效的能源形式，备受关注。
然而，氢能源的储存和运输一直是限制其广泛应用的主要难点之一。
传统的气体和液态氢储存方式在储存密度、安全性和可靠性等方面存在诸多问题。
近年来，纳米材料在储氢材料中扮演着越来越重要的角色，被认为是一种重要的氢储存方法。
本文将介绍纳米材料在储氢材料中的应用研究进展。
一、氢能源储存问题氢能源具有高效、清洁、环保等多种优点，是未来燃料的主要候选者之一。
然而，氢能源的储存和运输是目前亟需解决的问题。
传统的气体和液态氢储存方式存在容器体积大、储存密度低、易燃等诸多问题，因此被认为不是可持续的氢储存方法。
而化学吸附和物理吸附则是目前可行的氢储存方案之一。
二、纳米材料储氢原理纳米材料储存氢气的原理主要是物理吸附和化学吸附。
在物理吸附中，氢分子在纳米材料表面被吸附；而在化学吸附中，氢分子与纳米材料中的原子强烈相互作用，形成氢化物。
纳米材料的储氢密度与其表面积有关。
表面积越大，储氢量就越大。
因此，采用纳米材料作为储氢材料可以增加储氢密度，在保持储氢安全的前提下实现高效的储氢。
三、纳米材料在储氢中的应用研究1.金属有机骨架储氢金属有机骨架是一种由金属离子和有机配体组成的三维网状结构。
研究发现，金属有机骨架具有良好的储氢性能。
例如，Mg(OH)-BTB（BTB为2,3,6,7,10,11-三苯基二氮并[1,2-b:4,5-b']二嘧啶的缩写）材料具有较高的氢吸附容量和吸附热，是一种理想的氢储存材料。
2.纳米孔道材料储氢生物学家正在对许多纳米孔道材料开展深入研究。
目前，已开发出许多独特的纳米孔道材料，例如碳纤维、氧化锆等。
这些材料具有很高的表面积和孔体积，因此可以容纳大量的氢分子。
研究发现，一些材料，如MIL-101材料，可实现高达5.5 wt%的氢储存容量。
储氢材料
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至过渡金属的合金。如镧镍金属间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质：
编辑本段化学每克镧镍合金能贮存0.157升氢气，略为加热，就可以使氢气重新释放出来。LaNi5是镍基合金，铁基合储氢材料 储氢材料
____
编辑本段纳米材料储氢存在的问题世界范围内所测储氢量相差太大：0.01(wt ) %-67 (wt ) %，如何准确测定
储氢机理如何
四，结束语-氢能离我们还有多远
氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国家高度重视，中国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究
氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进
2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04
2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95
镁系
典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验室首先报道
储氢容量高
资源丰富
价格低廉
放氢温度高（250-300℃ )
放氢动力学性能较差
抗杂质气体中毒能力差
实际使用时需对合金进行表面改性处理
PCT curves of TiFe alloy
TiFe(40 ℃）
TiFe alloy
Characteristics:
two hydride phases;
phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 )
3.2 配位氢化物
3.3 纳米材料
基于纳米技术的储氢材料研究和应用
基于纳米技术的储氢材料研究和应用随着能源消耗的加速和环保意识的抬头，储氢技术已经成为了重要的节能环保技术之一。
然而，当前还没有一种较为完美的储氢材料方式出现，需要通过科技创新来解决这一难题。
而基于纳米技术的储氢材料研究和应用便是最具安全、稳定性和储氢含量的新型材料，下文将介绍其特点和应用前景。
一、纳米技术储氢材料简介一般来说，储氢的材料大致可以分为三类：压缩氢气储存方法、液态储氢方法及固态储氢方法。
而纳米技术储氢材料便属于以固态储氢为主的一种新型材料方式。
它采用了纳米晶和多孔材料的优势，可以特别有效地储存和释放氢气，拥有更大的储氢密度。
因此，纳米技术储氢材料的出现，将会极大地改变当前的储氢体系，推动未来产业的创新。
二、纳米技术储氢材料的特点纳米技术储氢材料具有以下几个特点：1. 储氢量大与传统储氢方式相比，基于纳米技术的储氢材料储氢量较大，能够在相同体积和重量的情况下储存更多的氢气，为储氢技术的大规模应用打下了基础。
2. 更加安全其特殊的纳米结构可以有效地降低氢气释放的压力和温度，提升储氢材料的安全性。
而固态储氢还可以避免液化和压缩气体对储存设备的污染和腐蚀问题，减轻了储氢周期负载的难度。
3. 操作简便纳米技术储氢材料具有操作简单、使用方便的特点。
它可以使用相对简单和低成本的装置进行储氢，不需要过于复杂和昂贵的储氢设备。
这也为工业和民用储氢提供了更加便利和实用的选择。
三、纳米技术储氢材料的应用前景1. 汽车行业在当前汽车制造业中，探究替代燃料和减少尾气污染是一个长期的趋势。
而纳米技术储氢材料正是应用于这种新型能源的最有前景的储氢材料之一。
未来，用纳米技术储氢材料储制氢燃料的汽车的研究和应用，无疑将有力促进整个汽车行业技术的升级和发展。
2. 能源存储行业能源存储是保障能源稳定性和优化能源利用的重要方向。
而纳米技术储氢材料的出现，则可以为能源存储提供具有成本优势和储量优势的替代方案。
未来，纳米技术储氢材料应用于储能领域的探索和实践也必将得到广泛的开发和应用。
纳米储氢材料原理及示意图
NATURE MATERIALS DOI: 10.1038/NMAT2978
a
d
LETTERS
(100) (002) (101) (102) (110) (103)
After synthesis
Fraction
Cumulative fraction
0.4 0.3 0.2 0.1
00
2468 Particle size (nm)
temperature from a homogeneous tetrahydrofuran (THF) solution containing the following dissolved components: the organometallic precursor bis(cyclopentadienyl)magnesium (Cp2Mg), the reducing agent lithium naphthalide, and the gas-selective polymer poly(methyl methacrylate) (PMMA). Mg nanocrystals are then nucleated and grown in this solution by means of a burst-nucleation and growth mechanism13 in which lithium naphthalide reduces the organometallic precursor in the presence of a capping ligand (the soluble PMMA (Mw = 120,000) acts as a capping ligand for the Mg nanocrystals)14. Transmission electron microscopy (TEM) analysis of our reaction mixture before addition of reductant, immediately thereafter, and at later stages of the growth (Supplementary Fig. S1) further support this model.
纳米储氢合金制备方法
纳米储氢合金制备方法一、化学气相沉积法化学气相沉积是一种常用的制备纳米材料的方法，通过控制反应条件，如温度、压力、气体流量等，可以在较低的温度下制备出高纯度的纳米材料。
该方法可用于制备纳米储氢合金，通常将合金材料放置在高温炉中，通入氢气等反应气体，通过化学反应生成储氢合金纳米颗粒。
二、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种制备纳米材料的方法，通过将材料加热到熔融状态后迅速冷却，再通过物理方法将固态颗粒分散到气体中，形成纳米颗粒。
该方法可用于制备纳米储氢合金，通常将储氢合金材料加热到熔融状态，再通过物理方法将熔融状态的合金分散到气体中，形成纳米颗粒。
三、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种制备纳米材料的方法，通过将前驱体溶液在恒温下进行水解和聚合反应，形成溶胶，再将溶胶干燥、烧结后得到纳米材料。
该方法可用于制备纳米储氢合金，通常将前驱体溶液混合储氢合金元素，通过水解和聚合反应形成溶胶，再将溶胶干燥、烧结后得到纳米储氢合金。
四、微乳液法微乳液法是一种制备纳米材料的方法，通过将两种互不相溶的溶剂混合在一起，形成微乳液，再通过控制反应条件制备出纳米颗粒。
该方法可用于制备纳米储氢合金，通常将储氢合金元素溶解在油性溶剂中，再与水性溶剂混合形成微乳液，通过控制反应条件制备出纳米储氢合金。
五、机械合金化法机械合金化法是一种制备纳米材料的方法，通过将金属粉末在高能球磨机中球磨一定时间，使粉末颗粒细化并发生固态反应形成合金粉末。
该方法可用于制备纳米储氢合金，通常将储氢合金元素粉末放入球磨机中球磨一定时间，使粉末颗粒细化并发生固态反应形成纳米储氢合金粉末。
六、高能球磨法高能球磨法是一种制备纳米材料的方法，通过将金属粉末和研磨球在高能球磨机中球磨一定时间，使粉末颗粒细化并发生固态反应形成合金粉末。
该方法可用于制备纳米储氢合金，通常将储氢合金元素粉末放入球磨机中球磨一定时间，使粉末颗粒细化并发生固态反应形成纳米储氢合金粉末。
七、电解还原法电解还原法是一种制备纳米材料的方法，通过电解熔融盐中的金属离子并在阴极上还原生成金属或合金。
储氢材料分类
储氢材料分类目前储氢材料有金属氢化物、碳纤维碳纳米管、非碳纳米管、玻璃储氢微球、络合物储氢材料以及有机液体氢化物。
下面仅就合金、有机液体以及纳米储氢材料三个方面对储氢材料加以介绍。
一,合金储氢材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物,其原理是金属与氢形成诸如离子型化合物、共价型金属氢化物、金属相氢化物-金属间化合物等结合物,并在一定条件下能将氢释放出来。
合金作为储氢材料要满足一定的要求,首先其氢化物的生成热要适当,如果生成热太高,生成的氢化物过于稳定,释放氢时就需要较高的温度.而如果生成热太低,则不易吸收氢。
其次形成氢化物的平衡压要适当,最好在室温附近只有几个大气压,便于吸放氢,而且要吸放速度快，这样才能够满足实际应用的需求。
另外合金及其氢化物对水、氧和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸放氢时，材料性能不至于恶化。
而且，储氢材料的氢化物还要满足在存储与运输过程中性能可靠、安全、无害、化学性质稳定等条件。
现在已研究的并且符合上述要求的有镁系、稀土系、钛系和锆系等。
在上述储氢材料中，镁系储氢合金具有较高的储氢容量，而且吸放氢平台好、资源丰富、价格低廉，应用前景十分诱人。
镁可直接与氢反应,在300—400℃和较高的压力下, 反应生成Mg和H2反应生成MgH2: Mg + H2= MgH2 △H=-74.6kJ/mol。
MgH2理论氢含量可达7.6% , 具有金红石结构, 性能较稳定, 在287 ℃时分解压为101.3kPa。
由于纯镁的吸放氢反应动力学性能差, 吸放氢温度高, 所以纯镁很少被直接用来储存氢气，为此人们又开始研究镁基储氢合金材料。
到目前为止, 人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。
二，液态有机物储氢材料有机液体氢化物贮氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现的。
加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢, 有机液体作为氢载体达到贮存和输送氢的目的。
储氢能源材料的应用
储氢材料的应用氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源正引起世界各国的重视。
储存技术是氢能利用的关键。
未来储氢材料的应用领域十分广阔。
在燃料电池、氢气汽车等领域的更引起人们的广泛关注。
1.高性能充电电池一镍氢电池稀土储氢电池是一种新型的化学电源( N i ／MH) ，也被称为镍氢充电电池，它具有比容量高、可快速充电、无记忆效应、无污染、寿命长等显著优点，是充电电池( 又称二次电池) 家族中引人注目的新秀。
1 9 8 3年出现的Ni ／MH二次电池，这是一种以氧化镍( 或多孔金属镍) 为正极，以L a Ni 5型储氢合金为负极，用KOH作电解液的二次电池。
L a N i 5在碱液中作为一种可逆的氢电极，通过电化学反应大量的吸收和解吸氢气，由金属氢化物负极与镍正极构成的二次电池已实现充、放电，反应过程中不发生活性物质的沉淀和溶解，从而也不消耗和产生水。
储氢合金是 2 O世纪6 O年代末发现的一类具有高储氢密度的功能材料，已广泛应用于各行业。
由于对高性价比二次能源的需求日益紧迫，开发新一代高性能储氢电极材料已势在必行。
碳纳米管( C NT) 是继C6 0之后该系列的又一储氢材料，由于其具有高的表面比、低密度和独特的中空结构，碳纳米管作为储氢载体引起了全球广泛关注。
近年来，我国汽车拥有量的猛涨，汽油消费强劲。
2009中国汽车产销超过1350万辆，中国开始成为第一汽车大国。
2012年中国的汽车产销量均超过1900万辆，继续保持世界第一。
我国2012年末全国民用汽车保有量达到12089万辆，其上涨空间还很大。
2.氢气汽车汽油的消耗主体是汽车。
中国每天大约消耗540万桶石油。
其中汽油占26%，中等提炼油（包括柴油，喷气机燃料和煤油）占33%，燃料石油占12%。
然而，我国的油气资源储量和产量明显不足。
尤其是石油资源，2010年，我国共消耗石油4亿多吨，其中，进口2.1亿吨，对外依存度已超过50%，能源形势非常严峻。
Mg2Ni纳米贮氢合金电极的电化学性能
１６ 中国工程 物理研究院科技年报 ８
图 １
与 ｙ２ 关系 图 ｌ的 ／
图 ２ 经多 次充放 电循 环 的纳米 ＭｇＮ 合 金 电极 的循 环伏安 曲线 ２ｉ
ＭｇＮｉ ￣ 纳米 合金 电极充／ 电过 程计 时 电位 曲线表 明：ＭｇＮｉ 放 ２ 纳米合 金 电极充 电过程（ 阴极还 原过程） 包 含两 个还 原阶 段 的波形 ，放 电过程（ 阳极氧 化过 程） 也包含 两个 步骤 。 纳米 ＭｇＮｉ ２ 氢化 物 的 ＤＳ — Ｇ 分析 表 明：样 品的失重 曲线 分为两 段 ，对 应 ＤＳ 曲线 上 ２９５℃和 ＣＴ Ｃ ４． ３４６＂的两 个吸热 峰 ，这 对应 于 ＭｇＮｉ ５． １ ２ ２Ｉ － ｈ的两 步离解 反应 ：
显，电极响应开始越来越接近不可逆 电极反应 ， 根据不同电极过程 的循环伏安判据 ， 以推断 Ｍｇ 纳米 可 ￣ Ｎｉ 贮氢合金 电极的电化学反应是介于可逆体系和非可逆体系之 间的准可逆过程，也就是说 电化学反应过程 中，电荷迁移速率（＜Ｏ４ｍ・ ） ｋ ｌ－ｃ ｓ 慢，电极表面上即使有 电化学反应活性物质存在，也难以完全进行反应 。
用 三 明治式 夹层 电极来 进行 电化 学 性 能测试 。
８１ ＭｇＮ 纳米贮氢合金 电极 的电化学性 能 －３ ２ｉ
张 玲 周晓松 彭述 明 龙兴贵
测定了 Ｍｇ ｉ ２ 纳米贮氢合金 电极在扫描速率 份 别为 １ ，２ ，４ ，８ ，１０ Ｖ ｓ Ｎ ０ ０ ０ ０ ６ ／时的循环伏安 曲线 。 ｍ
Ｍ ｇ Ｎｉ － ２ Ｈ４ － ｇ Ｎ ｉ Ｈ２ Ｍ ｇ Ｎｉ Ｈ２ ￣Ｍ ２ Ｈ ２ ＋
纳米 ＭｇＮｉ氢 化物 的脱氢 反 应从 １２１℃开始 ，比传统 方法 制备 － ９ ２ ７－ ７℃） 降 了约 ７ － ２ 下 ５℃ 。
储氢材料综述
储氢材料研究现状与发展趋势xxx摘要：氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。
储存技术是氢能利用的关键。
储氢材料是当今研究的重点课题之一,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。
本文综述了目前已采用或正在研究的储氢材料,如金属储氢(镁基储氢、Fe-Ti基储氢、金属配位氢化物、钒基固溶体型储氢)、碳基储氢、有机液体储氢等材料,比较了各种储氢材料的优缺点,并指出其发展趋势。
关键字：储氢材料，储氢性能，金属储氢，碳基储氢，有机液体储氢。
1.引言氢原料来源广泛、无污染且能量转换效率高，是解决未来清洁能源需求问题的首选新能源之一。
氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。
氢气燃烧后只产生水和热，是一种理想的清洁能源。
氢能利用技术，如氢燃料电池和氢内燃机，可以提供稳定、高效、无污染的动力，在电动汽车等领域有着广泛的应用前景。
由于氢能技术在解决人类面临的能源与环境两大方面的重大作用，国内外对氢能技术都有大量资金投入，以加快氢能技术的研发和应用。
氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，正引起人们的广泛关注。
氢能的开发和利用受到美、日、德、中、加等国家的高度重视，以期在21世纪中叶进入氢能经济(hydrogeneconomy)时代。
氢能的利用需要解决三个问题:氢的制取、储运和应用，而氢能的储运则是氢能利用的瓶颈。
氢在正常情况下以气态形式存在、密度最小、且易燃、易爆、易扩散，这给储存和运输带来很大困难。
当氢作为一种燃料时,必须具有分散性和间歇性使用的特点,因此必须解决储存和运输问题。
储氢和输氢技术要求能量密度大(包含质量储氢密度和体积储氢密度)、能耗少、安全性高。
当氢作为车载燃料使用(如燃料电池动力汽车)时,应符合车载状况的要求。
对于车用氢气存储系统,国际能源署(IEA)提出的目标是质量储氢密度大于5wt%,体积储氢密度大于50kgH2/m3,并且放氢温度低于423K,循环寿命超过1000次;而美国能源部(DOE)提出的目标是到2010年质量储氢密度不低于6wt%,体积储氢密度大于45kgH2/m3;到2015年上述指标分别达9wt%和81kgH2/m3;到2010年车用储氢系统的实际储氢能力大于3.1kg(相当于小汽车行使500km所需的燃料)。
单壁碳纳米管储氢材料的研究与发展
单壁碳纳米管储氢材料的研究与发展摘要:随着能源危机和环境问题的日益加剧，新能源的开发势在必行。
氢能以其丰富来源、零污染及广泛的利用途径等优点，被公认为人类未来的理想能源。
而氢能的开发和利用，涉及到氢气的制备、储存、运输、和应用四大关键技术。
储氢材料的开发是解决氢能应用中氢气存储难题的关键。
近年来，由于纳米材料制备技术的快速发展，碳和纳米储氢成为储氢材料的研究焦点。
单根碳纳米管具有很大的比表面积，是一种潜在的微孔吸附材料。
关键词:储氢，单壁碳纳米管，进展11引言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。
碳纳米管(CNTS)是一种重要的储氢材料，由于其特殊的分子结构和优良的吸、放氢性能，引起了世界各国许多领域专家的广泛关注，并开展了大量有关储氢方面的研究.碳纳米管的储氢量大，一般可达到10wt%，有的甚至可达到60wt%以上[1]，已被国际能源协会列为重点发展项目[2，3]。
美国能源部(DOE)提出的目标是质量储氢容量不低于6.5%,体积储氢量不62kg/m3[4]。
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。
2论述碳纳米管在微观结构上具有典型的层状中空结构特征，按照石墨烯片的层数可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及由单壁碳纳米管束形成的复合管，管直径通常为纳米级，长度在微米到毫米级。
碳纳米材料作为储氢材料相关
这些现象可由氢分子在孔中的局部密度分布来解释. 氢气在77 K 和 三个不同的压力p= 1121MPa, 4191 MPa, 1614 MPa 下的各个碳 管内的局部密度分布见图4. 从图4 可以看出, 在1121 MPa 的压力 下, 11225 nm 的碳管中的流体分子的第一层已经排满, 进一步的加 压只能使中心的一行分子的密度增加, 而这对分子数密度影响不大. 在2104 nm 和21719 nm 的碳管中, 当压力增加到4191 MPa 时, 最外层的已经接近排满, 而且第二层已经出现. 进一步增加压力对孔 内的分子数密度影响较小.
发现
1997年 , Dollin 等[3] 首先研究了单壁碳纳米管束的吸附储氢 能力, 并且发现在130 K 时储氢的重量百分比在5% ~ 10% 的范围 内, 接近或高于美国能源部的重量百分比为615 wt% 的目标. Ye 等 [ 4] 测量了高纯度的单壁碳纳米管束的吸附储氢能力, 他们发现在 80 K 和7 MPa 氢的存储能力高达8125 wt% , 并且在4 MPa 左右 氢的存储能力会有突然的升高. Liu 等[ 5]报道在300 K 和 1011MPa 的实验中发现碳纳米管束的储氢能力可达412 wt%
3 Dillon, A. C. ; Jones, K. M. ; Bekkadahl, T. A. ; Kiang, C. H. ; Bethune, D. S. ; Heben, M. J. Nature 1997,386 , 377. 4 Ye, Y. ; Ahn, C. C. ; Withem, C. ; Fultz, B. ; Liu, T. ;Rinzler, A. G. ; Colbert, D. ; Smith, K. A. ; Smalley, R.E. Appl . Phys . Lett . 1999, 74, 2307. 5 Liu, C. ; Fan, Y. Y. ; Liu, M. ; Cong, H. T. ; Cheng,H. M. ; Dresselhaus, M. S. Science 1999, 286 , 1127.
储氢碳纳米管复合材料性能及其应用
储氢碳纳米管复合材料性能及其应用碳纳米管：碳纳米管是一种主要由碳六边形 (弯曲处为碳五边形和碳七边形) 组成的单层或多层纳米管状材料。
管的内径在几个纳米到几十个纳米之间 ,长度可达微米量级。
作为吸附氢气的材料 ,碳纳米管既与传统的多孔碳材料有相似之处 ,又有很大的区别。
由于范德华力的作用 ,单臂碳纳米管集结成束 ,束状产物相互作用进一步形成宏观形态的碳纳米管。
碳纳米管储氢机理物理吸附：理想的氢气吸附剂应具有以下特征 : ( 1) 存在大量均匀的微孔。
(2) 少量的大孔。
( 3) 高导热率。
碳纳米管同时具有以上 3 个特征。
理论计算表明 ,碳纳米管 (单壁) 能够通过类似于纳米毛细作用将 HF 分子稳定在管腔中。
分子尺度的微孔能吸附大量气体 ,因为这种材料的孔壁具有吸附势 , 能够增大气体密度。
电化学吸附：气体在碳纳米管中物理吸附的驱动力是压力或者是低温 ,而电化学吸附的驱动力是电势。
用电弧法制备的产物中包含直径为 017～112nm 的单壁碳纳米管 , 将它们与铜粉或金粉以 1 : 4 的质量比混合并压制成电极。
实验表明 ,电极中铜粉对储氢性能有促进作用。
在电化学储氢过程中 , 水在碳纳米管表面电解 , 产生的氢气进入碳纳米管内部。
充电过程中 ,吸附为控速步骤 ;放电过程中 ,氧化为控速步骤和Ni 粉一起压制成的碳纳米管电极反应活性高 ,具有较大的峰电流。
而峰电压和金属 Ni 的峰电压相同 , 则说明活性点为Ni 。
储氢机理推测为 :Ni + H2 O + e-→ Ni H ad + OH-(控速步)Ni H ad + MW NT(多壁碳纳米管) → MW NTH ad + Ni储氢碳纳米管复合材料的应用储氢碳纳米管复合材料的应用可分为两大类。
第一 ,把储氢碳纳米管复合材料作为氢的存储体 , 提供氢源或是把储氢碳纳米管复合材料作为电极使用。
第二 ,把储氢碳纳米管复合材料作为高级燃料 ,专供航空或火箭导弹的推进剂使用。
氢能源与新型纳米储氢材料
氢能源与新型纳米储氢材料摘要：本文介绍了新能源战略下储氢材料的发展，其中单壁碳纳米管和碱金属掺杂的碳富勒烯具有特别好的应用前景。
关键词：单壁碳纳米管；储氢材料；；化学吸附单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes，简称为SWCNs）和富勒烯（其分子是由60 个碳原子形成的像足球样的结构，所以也称足球烯）仅在十几年前才问世，由于其特有的机械学、电学及化学性质，从一出现就吸引了众多纳米材料科学家的眼球。
在结构上，SWCNs 可看作是由单层的石墨片卷成的具有纳米尺度直径的微小圆管。
在力学上，它具有100 倍的钢铁的比强度。
因而已被设想作为未来去太空旅游使用的提升缆绳。
在电学上，它具有类似金属或半导体的电导特性。
由此可衍生出大量的微电子学器件。
在化学上，能以其外表面作为化学合成的基质，催化合成许多的超分子化合物；也能以其管腔为基础合成多种单晶纳米线。
然而，近几年SWCNs 在储氢材料方面的应用研究已是异军突起，独树一帜。
氢能源是各国未来能源战略的重点。
最近，Nikitin 等和Chandrakumar等的研究，已经发现SWCNs 和碱金属原子掺杂的富勒烯具有特别高的重量比储氢容量。
这一成果已经为氢燃料汽车走向实用而打下了坚实的基础。
1.新的氢能源战略煤炭、石油、天然气等都属于不可再生性的化石类能源。
科学家们预言这些主要化石类能源资源将在未来数十年至数百年内枯竭。
除了面临化石能源的枯竭威胁外，来自环境保护方面的压力也超来超大。
现在人类每年消耗的化石类燃料所排放的大量二氧化碳等气体，严重地影响了人类生存的星球环境。
值得庆幸的是，经过多年研究科学家们已经发现最清洁的可再生性能源——氢能源。
近10 多年来发达国家高度重视，我国近年来也投入巨资进行相关技术开发研究。
氢有望成为化石类燃料的最好替代能源，其具有许多优点：其一，氢是自然界中最普遍的元素，来源非常丰富，若能利用太阳能从水中制取氢，资源取之不尽，用之不竭。
纳米储氢材料的制备与应用研究
纳米储氢材料的制备与应用研究一、纳米储氢材料概述纳米储氢材料是指具有大比表面积、高密度氢质量、针状或多孔结构的材料。
目前常用的纳米储氢材料有活性炭、氧化物、金属有机骨架材料（MOF）等。
这些材料可以通过特定工艺制备，以提高其储氢性能，应用于氢能源存储、传输和利用等领域。
二、纳米储氢材料的制备1. 活性炭制备活性炭是一种常见的纳米储氢材料，制备方法通常包括碳化、氧化、活化等步骤。
其中，碳化是指将有机物转化为炭质材料的过程，氧化是指将碳质材料氧化为含氧组分的材料，活化是指在一定温度下用氧化剂或Carboneous源使材料表面溶解，形成大量孔洞。
2. 氧化物制备氧化物通常指金属或硅等元素与氧化合物形成的物质，如Al2O3、TiO2等。
在制备过程中，通常采用溶胶凝胶法或水热法等方法。
其中，溶胶凝胶法是指将有机物或无机物与水或其他环境中的物质混合，形成网状凝胶体后，经高温或高压缩成制品的方法。
水热法是指通过溶解金属离子并在一定温度下进行反应，形成氢氧化物或氧化物制品的方法。
3. 金属有机骨架材料制备金属有机骨架材料是一种通过金属离子与有机分子形成稳定的骨架结构，并在骨架空隙中填充储氢材料的材料。
目前，制备金属有机骨架材料的方法包括溶液或气相合成法、模板法、绿色化学法等。
三、纳米储氢材料应用研究1. 氢能源存储纳米储氢材料在氢能源存储中具有广泛应用。
目前，纳米储氢材料在氢气液化、压缩和固态储氢等多种形式的氢储存中都得到了应用。
例如，在氢气液化中，富勒烯和活性炭等材料可以作为填充材料来提高氢气的密度；在氢气压缩中，金属有机骨架材料可以作为填充材料来提高氢气储存密度。
2. 氢能源传输纳米储氢材料在氢能源传输中也得到了应用。
目前，在氢燃料电池技术中，纳米储氢材料可以作为电极材料来提高燃料电池的效率和稳定性。
3. 氢能源利用纳米储氢材料在氢能源利用中也具有广泛应用。
目前，氢燃料电池等技术已被用于汽车等领域，并得到了广泛关注。
储氢材料
目
录
一、能源现状 二、储氢材料 三、储氢材料应用
四、储氢材料未来发展趋势
能源现状
能源现状
传统能源
化石燃料：煤、石油、天然气等。 优点：浓缩能源； 易储存； 易运输。
缺点：不可再生资源；
无法满足消耗增长率； 破坏环境； 军事冲突。
能源现状
新能源
新能源：太阳能、风能、核能、地热能、海洋能、生物能、
储氢材料
储氢合金应具备的条件
①高的储氢容量。 ②氢化物的生成热适当。
③平衡氢压适中。
④吸、放氢速度快。
⑤容易活化。
⑥良好的抗气体杂质中独特性。 ⑦长期循环稳定性。 ⑧原材料资源丰富，价格便宜。
储氢材料
储氢材料
2.液态有机物储氢材料
有机液体氢化物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一 对可逆反应，即加氢和脱氢反应来实现的。
平衡压差驱动氢气流动，使两种氢化物分别处于吸氢（放热） 和放氢（吸热）状态，从而达到增热或制冷的目的。 优点：①可利用废热、太阳能等低品位的热源驱动热泵工作。 ②系统通过气固相作用，无磨损、无噪声。 ③系统工作范围大，温度可调。 ④可达到夏季制冷、冬季供暖的双效目的。
储氢材料的应用
金属氢化物氢压缩机
缺点：氢流量受合金吸收、释放氢的循环速度限制。
储氢材料的应用
制取高纯度氢气
基本原理：含有杂质的氢气与储氢合金接触，氢气被 吸收，而杂质则被吸附于合金表面，除去杂质后，再
使氢化物放氢，则可得到高纯度的氢气，其纯度可高
达99.9999%。
TiMn1.5和稀土系储氢合金是应用效果较为理想的。
储氢材料的应用
究, 各种纳米管材料、金属有机物多孔材料等都具有非常
纳米材料的储氢性能研究
纳米材料的储氢性能研究随着全球能源需求的不断增长和对环境污染的关注，寻找可再生、高效能源的研究变得尤为重要。
在这个背景下，纳米材料作为一种具有巨大潜力的材料种类，引起了广泛关注。
其中，纳米材料在储氢技术方面的应用研究备受关注。
本文将探讨纳米材料在储氢性能方面的研究进展，并为未来研究方向提供一些建议。
一、纳米材料的储氢原理纳米材料在储氢方面具有出色的性能。
这是由于纳米材料具有大比表面积和高扩散速率等特点所导致的。
当气体分子进入纳米材料结构时，由于其大比表面积，分子能够充分接触到材料表面，从而增加了吸附的机会。
同时，纳米材料具有较高的晶界能量，使得氢分子可以更容易地进出纳米材料，从而提高了储氢速率。
因此，纳米材料具有更高的储氢容量和降低储氢压力的潜力。
二、纳米材料在储氢材料方面的应用1. 碳基纳米材料碳基纳米材料是一种重要的纳米材料种类，在储氢领域具有广泛的应用价值。
其中，纳米碳管是一种具有良好的储氢性能的纳米材料。
由于其显著的比表面积和独特的空洞结构，纳米碳管具有出色的吸附能力和高储氢容量。
另外，石墨烯也是一种研究热点，它具有二维的结构和大面积的蜂窝状孔洞结构，为储氢提供了广阔的空间。
2. 金属基纳米材料金属基纳米材料是另一类具有潜力的储氢材料。
例如，纳米镁和纳米铝等金属材料具有较高的比表面积和很好的导热性能，使其具备优异的储氢性能。
此外，纳米合金材料也是受到广泛研究的领域，通过调控不同金属的比例和尺寸等参数，可以实现优化的储氢性能。
三、纳米材料在储氢性能研究中的挑战尽管纳米材料在储氢性能方面表现出优异的潜力，但仍然面临一些挑战和难题。
首先，纳米材料的制备和工艺需要更高的成本和技术条件。
同时，纳米材料在储氢过程中可能面临氢反应动力学慢、储氢容量损失等问题。
此外，纳米材料的稳定性和循环寿命也需要进一步的改进。
四、未来研究方向和展望为了进一步提高纳米材料的储氢性能，在未来的研究中，应该重点关注以下方面：1. 发展更多种类、更高效的制备方法，以降低纳米材料的成本和提高制备效率；2. 对纳米材料在储氢循环过程中的性能进行更加深入的研究，以了解其储氢机理，并改进其循环寿命和储氢容量；3. 基于计算模拟和理论分析，寻找并优化纳米材料的储氢性能；4. 探索纳米材料与其他材料的复合应用，以提升储氢性能；5. 加强纳米材料的稳定性研究，延长其在储氢系统中的寿命。
mofs 纳米团簇 储氢
mofs 纳米团簇储氢
MOFs（金属有机框架）是一类具有高度可控结构和大孔隙的晶体材料，由金属离子或簇团与有机配体组装而成。
MOFs在储氢领域具有潜力，因为它们可以提供高表面积和丰富的孔隙结构，有利于吸附和储存氢气。
纳米团簇是指由几个原子或离子组成的超小尺寸结构。
纳米团簇在储氢领域也引起了广泛关注，因为它们具有较大的比表面积和更高的氢吸附能力。
将MOFs与纳米团簇结合起来，可以进一步增强储氢性能。
通过调控MOFs的结构和选择合适的纳米团簇，可以实现更高的氢吸附容量、更快的吸附/解吸速率和更低的吸附温度。
这些特性使得MOFs纳米团簇成为潜在的高效储氢材料。
然而，需要指出的是，目前在MOFs纳米团簇储氢方面仍存在一些挑战，如团簇的合成和稳定性、团簇与MOFs的界面相互作用等。
未来的研究将进一步探索这些问题，并努力开发出更加可靠和高效的MOFs纳米团簇储氢材料。
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纳米储氢电极材料主要有碳纳米管、镁镍合金和镁钛合金
Mg2 Ni纳米晶储氢材料
性能：它具有储氢容量高,吸放氢平台好,质量轻,资源丰富等优点,但要能达到实用化的目的就必须解决其在室温下吸放氢动力学性能差,表面容易形成氧化膜等缺点。
目前,在镁基储氢合金的开发研究中，现已有Mg2Ni ,Mg2Cu ,Mg2La系储氢合金，还有
一系列的多元MgNi系储氢合金。
制备方法采用机械合金化方法，即使用高能球磨机进行球磨制备
1. 采用机械合金化方法制备了Mg Ni 合金粉末,其晶
粒度在10nm左右。
2. 在较高的速度下球磨可以使生成Mg Ni 合金的时间提
前,完全合金化的过程缩短,还有利于减轻焊合提高球磨效率。
3. 过程控制剂的加入以及循环变速运转可以缓和焊合
现象的发生。
4. 初步的研究结果表明:Mg Ni 纳米晶粉末在室温下即
可吸氢,贮氢性能较之传统方法制备的材料有显著改善。
传统方法制备的Mg Ni 在温度低于250°C时不产生吸
2
氢现象,在经历一个前期活化过程之后,吸放氢实验在250
8
°C～350°C,氢气压力1.5～2.0MPa下完成。
将机械合金化制备的Mg Ni 纳米晶粉末在金属高压系
2
统进行贮氢性能研究。
称取一定量样品放入反应室中,真空加热除气后,冷却到室温,放入一定量的氢气（氢气纯度大于99 %）,观察粉末在室温下的吸氢情况。
储氢碳纳米管
碳纳米管CNTs,Carbon Nanotubes 是一种主要由碳六
边形弯曲处为碳五边形和碳七边形组成的单层或多层
纳米管状材料。
管的内径在几个纳米到几十个纳米之间,
长度可达微米量级。
仅有一层石墨片层结构的单层管被
称为单壁碳纳米管SWNTs, Single - Walled carbon nan
tubes ,有多层石墨片alled carbon nan tubes 。
单壁碳纳米管
是碳纳米管的一层结构的多层管被称为多壁碳纳米
管MWNTs,Multi - W种极限状态,管径较小,直径一般为1～
6nm,最小的直径大约为014nm,其结构中的缺陷不易存
在,具有较高的均匀性和一致性。
多壁碳纳米管的直径一
般为几纳米到几十纳米,长度为几十纳米到微米,层数从
2～50不等,层间距约为0134nm。
（文献参考：Mg_2Ni纳米晶储氢材料的机械合金化制备工艺研究）
物理吸附
理论计算表明,碳纳米管单壁能够通过类似于纳米
毛细作用将HF 分子稳定在管腔中。
分子尺度的微孔能
吸附大量气体,因为这种材料的孔壁具有吸附势,能够增大气体密度经改性的碳纳米管的吸附能力更强
电化学吸附
1
在电化学储氢过程中,水在碳纳米管表面电解,产生
的氢气进入碳纳米管内部。
X1Qin 等人利用循环伏安法
研究了氢在碳纳米管上的电化学储存机理。
充电过程中,
吸附为控速步骤;放电过程中,氧化为控速步骤。
和Ni 粉
一起压制成的碳纳米管电极反应活性高,具有较大的峰电
流。
而峰电压和金属Ni 的峰电压相同,则说明活性点为
Ni。
储氢机理推测为:
- -
Ni + H O+e →NiHad+OH （控速步）
2
NiHad+MWNT （多壁碳纳米管）→MWNTHad+Ni
应用
储氢碳纳米管复合材料的应用可分为两大类。
第一,
把储氢碳纳米管复合材料作为氢的存储体,提供氢源,或
是把储氢碳纳米管复合材料作为电极使用。
第二,把储氢
碳纳米管复合材料作为高级燃料,专供航空或火箭导弹的
推进剂使用。
氢的最大特点是单位质量的燃烧能量很大,
而且还有可能将热能转化为电能。
另外,氢燃烧后变成
水,因而不产生有毒气体,并且二氧化碳的释放量微乎其
微。
在不久的将来,储氢碳纳米管复合材料在国防及民用
工业将得到广泛应用。
展望
虽然储氢碳纳米管复合材料有许多优异独特的性能,
但目前要将其推向市场还存在一些问题。
一是价格太高
生产碳纳米管的成本过于昂贵,1g 纯单壁碳纳米管价格
( )
约1000美元2003 年。
二是目前尚不能大规模生产,只
能在实验室合成。
因此,储氢碳纳米管复合材料研究与开
发的重要任务是改进生产工艺,实现批量生产,降低生产
成本,只有这样才能使储氢碳纳米管复合材料得到真正应
用。
（文献参考: 储氢碳纳米管复合材料性能及其应用）
镁钛合金
据该所分析,这种合金的储氢能力为自身重量的 5 %,比现在达到实用化
水平的镧系合金提高了两倍以上,其重量也比镧系合金轻约30 %。
但此方面相关文献还比较少，但其制备方法可以参考镁镍合金的机械制备法。
锆基锆基纳米复合储氢材料。