110569碳纳米管储氢2
碳纳米管储氢技术
碳纳米管储氢技术【摘要】碳纳米管储氢技术是一种新型的氢气存储技术，具有很大的潜力应用于能源领域。
本文首先介绍了碳纳米管的结构特点，包括其纳米级管状结构和优异的导电性能。
然后探讨了碳纳米管在储氢技术中的应用，包括其高效的氢气储存能力和提高氢气释放速率的作用。
接着分析了碳纳米管储氢技术的优势，如其轻量化、高效储氢和可再生的特点。
同时也指出了碳纳米管储氢技术所面临的挑战，包括制备成本高、氢气吸附能力需要进一步提高等问题。
最后展望了碳纳米管储氢技术的发展前景，强调了其在可再生能源和清洁能源领域的重要性和应用前景。
碳纳米管储氢技术有望成为未来氢能源领域的研究热点，为推动低碳经济发展做出贡献。
【关键词】碳纳米管、储氢技术、结构特点、应用、优势、挑战、发展前景、重要性、应用前景1. 引言1.1 碳纳米管储氢技术概述碳纳米管储氢技术是一种新兴的清洁能源技术，被广泛应用于储氢和氢能的领域。
随着全球能源问题的日益突出，碳纳米管储氢技术的研究和发展变得尤为重要。
碳纳米管具有独特的结构特点和优异的性能，在储氢技术中表现出很大潜力，可以有效解决氢能源储存和运输中的难题。
由于碳纳米管具有高比表面积、优异的导电性和热导性等特点，使得其成为理想的储氢材料之一。
碳纳米管储氢技术也面临着一些挑战，如储氢效率不高、安全性问题等，需要进一步的研究和改进。
未来，随着碳纳米管储氢技术的不断发展和完善，将有望在氢能领域发挥重要作用，并为推动清洁能源的发展做出重要贡献。
2. 正文2.1 碳纳米管的结构特点碳纳米管是一种具有独特结构特点的碳材料，其主要特点包括以下几个方面：1. 结构单一性：碳纳米管通常具有空心的圆柱形结构，其直径在数纳米至数十纳米之间，长度可达数微米至数毫米，其内部空腔可以容纳氢气等气体分子。
2. 高比表面积：碳纳米管表面积巨大，因其多孔结构使得其比表面积极高，有利于氢气分子在其表面吸附和储存。
3. 高强度和柔韧性：碳纳米管具有极高的机械强度和柔韧性，能够承受高压下的氢气吸附与脱附过程，从而提高储氢效率。
纳米储氢电极材料
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2508°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 nantubes ,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。
神奇的储氢材料——碳纳米管
Something about energy
1、化石能源短缺 石油、天然气、煤炭使用时间有限； 汽车、火车、轮船、飞机的大量普及…… 2、环境的要求：环境友好型 3、可持续发展的压力：节能环保
实现了氢能的普及，必将是人类历史的一大创举。
1、加氢站 2、燃料电池
3、航空航天领域
北京奥运会期间的氢能源公交车
1）1970年阿波罗登月飞船 使用液氢为燃料 2）我国长征三号系列火箭 液氢液氧为燃料
欧洲空中客车公司，美国波音公司等制定了氢气 内燃机的发展规划
燃料电池公共汽车（FCB） 1993年第一辆燃料电池大客车由加拿大巴拉德 公司开发成功。
活性炭 石墨纳米纤维
碳纳米管
78 65
200—400
4.2 常压
常压
6.8% 8.2%
8%
如果将某些金属与碳纳米管结合使用，即 将碳纳米管掺杂，储氢效果会更好。
下面是从文献中获取的部分数据：
在用碳纳米管存储氢气时，应该加大储氢压力， 并且适当降低存储温度为佳。需要选择合适的 优化组合方式，来达到效益最大化。
• 又叫巴基管，碳的同素异形体 • 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成 的无缝、中空纳米管
单壁碳纳米管 直径为1-6 nm
多壁碳纳米管 直径nm → μm
CNT的性质
1、优异的学性能.
碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性， 可以拉伸。碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理 想的高强度纤维材料。 碳纳米管的强度比同体积钢的 强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管 因而被称“超级纤维”。碳纳米管置于1000Pa的水压 下,碳纳米管被压扁,撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样 立即恢复了形状，表现出良好的韧性。
多壁碳纳米管的改性及其储氢性能研究2
V o l.26高等学校化学学报 N o.3 2005年3月 CH E M I CAL JOU RNAL O F CH I N ESE UN I V ERS IT IES 493～496 多壁碳纳米管的改性及其储氢性能研究张雄伟,储 伟,庄惠祥,徐士伟(四川大学化工学院,成都610065)摘要 考察了空气处理、混酸处理、H2O2处理和等离子体活化等化学改性和多种活性金属修饰对碳纳米管储氢性能的影响,采用T PD2H2评价装置测试了不同样品吸附的氢气在程序升温后的脱附情况,用峰面积和氢气的校正因子计算出样品吸附氢气的体积,从而计算出碳纳米管的储氢容量.实验结果表明,化学改性和金属修饰均能明显提高碳纳米管的储氢性能,其中经过混合酸和H2O2化学处理并负载质量分数为20%N i 的碳纳米管,在常温常压下的氢气储存的质量分数达到2155%,比未做任何处理的碳纳米管的储氢容量提高了7倍.关键词 多壁碳纳米管;储氢材料;化学改性;氢吸附2脱附;等离子体中图分类号 O61214 文献标识码 A 文章编号 025120790(2005)0320493204由于能源需求的不断增长和石化燃料带来的环境污染,寻找新的、清洁的能源引起了人们的普遍关注.燃料电池作为未来电动车的主要能量供给系统,由于其缺少安全,高效的储氢技术,致使氢能在电动车辆上的应用受到限制[1～4].因此,实现氢能在电动车辆上的应用,首先应寻找一种经济、安全的储氢材料.近年来有关在碳纳米管、石墨和纳米纤维等碳结构材料的可逆吸附氢的报道很多,但是储氢性能的差别却很大[1].为了能达到和现有燃油汽车相当的存储量,氢气存储的质量密度需达到615%,体积密度需达到62kg m3[5].因此,实现碳纳米管储氢材料的实用化,提高碳纳米管的储氢容量十分必要,碳纳米管的纯度是影响储氢容量的主要参数之一,目前主要采用空气氧化、硝酸氧化、混酸氧化和电化学氧化[6]等方法除去碳杂质来实现碳纳米管的纯化.Yang等[7]发现用混合酸(H2SO4 HNO3)处理S WN T s96h 后,碳纳米管的孔径增大很多,可以显著提高其储氢性能和电化学性能.Yoo等[8]研究了开口碳纳米管上氢的吸附性能,其吸附氢气的量比没有开口的碳纳米管高两倍多.余荣清等[9]采用液相化学腐蚀法,通过控制溶液的配比、反应温度和时间等条件对碳纳米管分别进行了纯化和顶端开口研究,并取得了有益的结果.王 等[10]用真空高温炉对多壁碳纳米管进行了1500～2150℃的真空高温处理,通过电镜表征发现,高温处理对碳纳米管具有显著的整形作用,但是管壁大的缺陷很难得到修复.经过1800℃处理以后,碳纳米管中的金属催化剂和载体得到有效去除,产品的纯度高达99%以上.有关碳纳米管表面修饰和填充金属镍可以改善其电化学储氢性能的研究亦有报道[11～13],但用等离子体技术修饰活化碳纳米管的研究尚未见报道.本文对多壁碳纳米管进行了化学修饰、金属改性和等离子体活化,从而可提高碳纳米管的纯度,打开碳管的端口并使其官能团化,进而提高碳纳米管的储氢性能.1 实验部分1.1 实验原料多壁碳纳米管(MWN T s)由南昌太阳纳米技术有限公司提供,纯度>80%.收稿日期:2004204226.基金项目:国家自然科学基金(批准号:29903011)资助.联系人简介:储 伟(1965年出生),男,教授,博士生导师,从事工业催化和催化材料研究.E2m ail:chuw ei65@;@1.2 碳纳米管的预处理方法将一定量的碳纳米管放入到高温箱式电阻炉中,在空气气氛下高温焙烧后,用浓硫酸和浓硝酸的混合酸浸泡36h ,然后过滤洗涤至中性;用体积分数为30%的H 2O 2溶液于60℃左右将碳纳米管浸泡40m in ,然后过滤,并洗涤至中性[1,14].采用射频辉光放电低温等离子体对其进行活化[15,16].采用浸渍法将活性金属担载到碳纳米管上,其前驱物分别为N i (NO 3)2,Cu (NO 3)2,H 2P tC l 6和PdC l 3的水溶液.1.3 TPD 测试及TE M 表征在常温和常压的条件下,将试样置于T PD 2GC 测试装置中[3].先引入氢氮混合气(体积分数为619%的H 2),在静态下吸附氢气1h .然后切换成氮气(纯度≥99199%),将碳纳米管表面的吸附氢吹扫干净,即GC 分析仪基线达到稳定.在20～800℃温度范围以10℃ m in 的升温速率进行程序升温脱附,脱附产物用1490气相色谱仪进行在线分析,储氢容量根据脱附峰峰面积与氢气校正因子的乘积进行定量计算.用T E M 观察碳纳米管的形貌.2 结果和讨论2.1 碳纳米管的预处理在空气中进行处理的目的是为了除去碳纳米管中的一些碳杂质,如无定形碳和纳米碳颗粒等碳杂质,同时打开碳纳米管的端头,提高碳纳米管的储氢量.碳纳米管的端头由五元环和六元环碳组成,在强氧化剂的作用下,端头会被氧化.另外,空气氧化处理一般会在端头引入羧基等官能团,这样可相对容易浸渍的活性金属组分分散在碳纳米管上.图1是碳纳米管及其负载镍的T E M 的图像,负载N i 以后,N i 晶粒均匀地分散在碳纳米管上,粒度在10nm 左右.F i g .1 TE M i m ages of CNTs (A )and N i CNTs (B )supported n i ckel为了在对碳纳米管进行纯化处理的同时保证获得较高的回收率,将样品在500℃空气中焙烧3h 进行预处理.表1比较了预处理前后碳纳米管的储氢性能,从表1中的结果可以看出,处理后的碳纳米管的储氢性能增加了近35%.根据文献[17]的工作报道及结果分析,说明了本实验在500℃进行碳纳米管的预处理不够彻底,还存在一定量的碳杂质.这也说明了采用这种方法处理样品仍存在不足,因为碳纳米管在被氧化浸蚀的过程中要持续一个比较长的时间,而且碳纳米颗粒和纳米管交织在一起,要实现碳杂质的完全除去,多壁碳纳米管的管壁也被氧化腐蚀,最后仅剩下单层的纳米管,那样处理的结果会使样品的损失量达到99%以上.Table 1 Effect of trea t m en t i n a i r on hydrogen storage capabil ity of CNTsCN T s sa mp leH ydrogen storage capacity M ass fracti on (%)M ass density (mL ・g -1)U ntreated013741145Calcinated at 500℃0150561232.2 活性金属组分的影响在500℃空气中对碳纳米管进行活化处理,然后采用浸渍法在碳纳米管上负载不同的活性金属组分.实验主要考察了N i ,Cu ,P t 和Pd 等4种金属组分对碳纳米管储氢性能的影响,负载不同活性金属的质量分数均为110%,在450℃下焙烧3h 后,550℃流动的H 2气氛中还原3h .494 高等学校化学学报V o l.26F i g .2 Effect of acti ve m eta l on hydrogen storage capabil ity of CNTs负载不同活性金属组分的碳纳米管样品的储氢性能见图2,与未负载任何活性金属组分碳纳米管的储氢性能相比较,负载质量分数为110%的活性金属后的碳纳米管的储氢性能均显著增加,其增加顺序为P t >Pd >Cu >N i .主要原因是所负载的活性金属均是活性很高的加氢催化剂,对氢气有很强的吸附和解离作用.氢气先在催化剂表面吸附,然后发生离解,最后会以氢原子的形式迁移到碳纳米管中去,从而提高了碳纳米管的储氢性能.2.3 几种不同处理方法的影响采用空气预处理是最简单易行的方法,由于存在上述的不足,所以本实验首先选择在空气中于650℃焙烧处理(M 1)、混酸处理(M 2)和混酸处理+H 2O 2处理(M 3)等3种方法对碳纳米管进行物理化学处理和表面修饰,然后用浸渍法在处理后的碳纳米管上负载6%N i ,于110℃干燥24h ,450℃焙烧3h ,用氢气于550℃还原3h ,其中由M 2方法制备的催化剂经干燥后采用等离子体处理(M 4).以上4种处理方法的共同目的均是纯化碳纳米管和打开端口,同时对碳纳米管的端口或侧壁进行功能化修饰.如表2所示实验结果,采用如上4种处理方法,碳纳米管的储氢性能均有所增加,其中M 3和M 4所示的两种方法对碳纳米管的修饰最有效,其储氢容量(质量分数)分别为1179%和1173%.采用M 3方法处理后的碳纳米管的储氢容量显著增加,其主要原因是经混酸处理和H 2O 2处理实现了碳纳米管端口和侧壁的功能化,从而在浸渍活性金属组分时,活性金属组分更容易在碳纳米管的表面上分散均匀.采用等离子体技术(M 4)显著提高了碳纳米管的储氢性能,这主要是因为在无线电波频率范围内的等离子体可以活化碳纳米管的表面,产生醛基等官能团,实现了由等离子体活化修饰碳纳米管表面的目的.M 4所述的方法具有明显的新意和显著的效果.Table 2 Effect of che m i ca l m od i f i ca ti on on hydrogen storage capabil ity of CNTsM odificati onm ethodsH ydrogen storage capacity M ass fracti on (%)M ass density (mL ・g -1)M odificati on m ethods H ydrogen storage capacity M ass fracti on (%)M ass density (mL ・g -1)M 10196107172M 31179200119M 21124138185M 411731941042.4 助剂N i 含量的影响通过对不同处理方法的考察,发现先用混酸对碳纳米管进行处理,然后再用H 2O 2处理并负载金F i g .3 Effect of n i ckel con ten t on hydrogenstorage capabil ity of CNTs 属N i 可显著提高碳纳米管的储氢性能.在此基础上,实验考察了不同N i 含量对碳纳米管储氢性能的影响,结果见图3.从图3可看出,碳纳米管的储氢量随着N i 含量的增加先增加后减少,呈峰形,其中储氢量最大值出现在N i 的质量分数为20%处,储氢质量分数和密度分别为2155%和238189mLg .上述结果说明,N i 含量对碳纳米管的储氢容量的影响很大,负载适量的N i 有利于氢分子的活化,从而提高碳纳米管的储氢性能.N i 的含量过高,会引起N i 原子的聚集,使活性中心减少,还可能阻塞已经打开的端口,导致储氢性能下降.3 结 论对碳纳米管进行适当的化学改性或采用金属活化,能显著提高其储氢性能:(1)负载P t ,Pd ,Cu 和N i 等几种活性金属可以显著提高碳纳米管的储氢性能,其作用强弱顺序为:P t >Pd >Cu >N i.594N o .3张雄伟等:多壁碳纳米管的改性及其储氢性能研究 (2)空气处理、混酸处理、H 2O 2处理和等离子体活化4种处理方法均提高了碳纳米管的储氢性能,其中在用混酸处理和H 2O 2处理的基础上,浸渍质量分数为20%N i 的碳纳米管的储氢容量最高,其质量分数为2155%.与未进行任何处理的碳纳米管相比,储氢容量提高了7倍.参 考 文 献[1] Hou P .X .,Yang Q .H .,Bulk S .B .et al ..J 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che m ical modificati on s ,p las m a treat m en t o r by l oading the active m etals.T e mperature p ro 2gra mm ed des o rp ti on (T PD )w as used to test the des o rp ti on characters and calculate the m ass fracti on of the ads o rbed hydrogen ,from the peak area in T PD s pectrum and the co rres ponding facto r of hydrogen .T he results show ed that hydrogen sto rage capacities in theMWN T s increased greatly ,after the che m icalmodi 2ficati on o r w hen it w as l oaded w ith active m etals .T he best value in the experi m en ts reached m ass fracti on2.55%,w h ich w as seven ti m es of that of the MWN T s w ithout any treat m en t .So it w as concluded thatthe hydrogen sto rage capacities in the MWN T s w ere i m p roved greatly w ith the modificati on s.Keywords M ulti 2w alled carbon nano tubes ;H ydrogen sto rage m aterial ;Che m ical modificati on ;A ds o rp 2ti on 2des o rp ti on of hydrogen ;P las m a(Ed .:S ,X )694 高等学校化学学报V o l .26。
碳纳米管储氢材料论文
碳纳米管储氢材料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。
氢能技术面临的最大科学挑战是能否将氢在常温常压下安全有效地储存和运输,碳纳米管具备一定的储氢能力并能快速地释放氢。
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。
CNTs具有准一维管状结构,巨大的长径比和比表面积,很高的力学强度,其强度为钢的100倍。
同时,基于强C-C化合键的作用,CNTs具有优良的导电性能,能够填充和吸附颗粒,具有高的稳定性。
由于它的这些性质,研究CNTs作为催化剂负载在燃料电池中的应用具有很重要的意义。
但碳纳米管储氢要得以规模应用,其关键是如何利用碳纳米管储氢和怎样提高其储氢能力。
碳纳米管是目前人们研究最多的碳质储氢材料，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。
1997年，Dillon等最早对单壁纳米碳管进行了研究。
他们以未经纯化处理、含无定形碳和金属催化剂颗粒的单壁纳米碳管为研究对象，采用程序升温解吸法测定其储氢量。
碳纳米管储氢技术
碳纳米管储氢技术【摘要】碳纳米管储氢技术是当前研究的热点之一，具有重要的应用前景和意义。
本文从技术的原理、制备方法、应用领域、优势挑战和研究进展等方面对碳纳米管储氢技术进行了全面的介绍和分析。
结合未来发展方向、在能源领域的重要性以及对环境和经济的影响，展望了碳纳米管储氢技术的潜力和前景。
通过本文的阐述，读者可以更加全面地了解碳纳米管储氢技术的发展历程、应用前景以及对环境和经济的积极影响。
碳纳米管储氢技术的研究不仅有利于提高能源利用效率，还能够推动新能源技术的发展，促进环境保护和经济持续发展。
【关键词】碳纳米管、储氢技术、研究意义、发展历程、应用前景、原理、制备方法、氢能领域、优势与挑战、研究进展、未来发展方向、能源领域、环境影响、经济影响1. 引言1.1 碳纳米管储氢技术的研究意义通过研究碳纳米管储氢技术，可以提高氢能的利用效率，推动氢能经济的发展。
氢能作为清洁能源，可以减少化石燃料的使用，减少温室气体的排放，对于应对全球能源与环境问题具有重要意义。
深入研究碳纳米管储氢技术，可以促进氢能技术的广泛应用，推动能源转型和可持续发展。
碳纳米管储氢技术的研究意义不仅在于提高储氢材料的性能和效率，还在于推动清洁能源的发展，保护环境和促进经济可持续发展。
1.2 碳纳米管储氢技术的发展历程碳纳米管储氢技术的发展历程可以追溯到20世纪90年代初。
当时，科学家们开始意识到氢气作为清洁能源的潜力，并积极寻求有效的储氢方法。
碳纳米管因其独特的结构和性质被认为是一种很有潜力的储氢材料。
在早期的研究中，科学家们通过实验和理论计算发现，碳纳米管具有良好的氢吸附和储存能力，这为其在储氢技术中的应用奠定了基础。
随着科学技术的不断进步，研究人员逐渐深入了解了碳纳米管的储氢机制，并探索了各种制备方法。
通过化学合成、物理气相沉积等技术，科学家们成功地制备出了具有优异储氢性能的碳纳米管材料。
这些材料不仅在实验室中展示出了良好的储氢效果，还有望在未来的能源领域中得到广泛应用。
碳纳米管的储氢机理研究
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维普资讯
◎２７ 第 期 ０ 年 ５ ０
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２７ ｌ 出 ０ 年Ｏ 版 ０ 月
附剂 的 比表 面积取 决 于孔 径 的大 小 与分 布 。Ｙ ．
米 管 ） 氢分 子储 存 在 多层 管 壁 之 间 ， 大 储 氢 量 ， 最
基金项 目： 国家化学基础人才培养基地基金 、 国家基金委暑期科研训练基金 、 南开大学亚洲研究 中心基 金、 南开大学科技创新 基金 （ ３ ）南 开大学 “ ２＃ 、 百项工程” 创新基金 （ ０ ５ ７—１ ） 南开大学基础化学实验教学 中心创新基金 、 Ａ １０ ８、 南开大学分析测试 开放基金 。
用基 于经 典热力 学 的吸 附理 论来 解释 。 目前 ， 碳纳
于物 理吸 附而 言 ， 位 质量 吸 附 剂上 的表 面 积 大 ， 单 吸附 的量才 可 能多 。固体 吸 附 剂 的表 面积 由外 表
面积 和孔 隙的 内表 面 积构成 ， 为吸 附剂 的固体材 作
料， 其外 表 面积 与 内表 面 积 相 比一 般 可 以忽 略 ， 吸
是氢 分子物 理 吸 附在 碳 纳 米 管之 间 。超 临界 吸 附
用 于特 指 临界 温度 以上气 体 的 吸附 。它 与 临 界 温 度 以下 气体 的 吸附有本 质 的不 同 ， 以饱 和液 体作 为
吸附相参 考 态 ， 成 现 有 吸 附理 论 的基 础 ， 是 在 构 但
而且 还有 能量 因素 的 影 响 。不 同形 态 分 布直 径 的
附势 场产 生叠加 作 用 ， 则对 氢分 子 的吸 附作 用得 以 加强 。至 于 比表 面积 对于 吸 附的意义 则更 明显 ， 对
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.
碳纳米管在储氢上的应用
增长 Ｊ Ｏ 。ｓ 和 Ｎ 分 别是 煤烟 型大气 污 染 和 “ Ｏ则 光
化学污染” 的罪魁祸 首。加之传统能源 的 日益枯 竭，
新能源 的开发和利用 已迫在眉 睫地被提 上了 日程 。氢 能 以其无 污染 和热值 高 的特 点 吸引 了人 们 的 目光 ， 被 认 为是一种理想 的能源 载 体 。通 过 氢燃 料 电池 驱 动 ， 可 以有 效 解 决 城 市 汽 车 排 放 污 染 问题 ， 现零 排 放 实 （ ｅｏ ｍｓｏ ） Ｚｒ —Ｅ ｉｉｎ 。氢 能 的利 用 目前 主要 受 限于 安 全 ｓ 有效 的存储 技术 ， 尤其 是 车 载氢存 储 技术 更是 会 限制
维普资讯
低 温 与 超导 第３ ５卷 第 ２期
制冷技 术
Ｒｅｒｇ ｒ ｔ ｎ ｆｉ ｅａ ｉ ｏ
Ｃ ｙ ． Ｓ ｐ碳 纳米 管在 储 氢上 的应 用
周 玮 ， 国江 吴
的 ５ ％用 于氢气 的存 储研 究 。１９ ０ ９７年 ，ｉｏ ＤＨｎ等 ］ 。
１ 前言
当前 “ 环境污 染 ” 和能 源短 缺 问题 已经 引起 人 们
首次发 现并报 道 了碳 纳 米管 储 氢 的实 验结 果 后 ， 纳 碳 米管储 氢研究 便成为 一个非 常活跃 的研究领域 。
（ 上海交通大学热能工程研究所 ， 上海 ２ ０４ ） ０ ２ ０ 摘要 ： 氢能是一种理想的能源载体 ， 而经济有效 的储 氢手段是氢 能实现规模应 用急需解决 的关键 问题之一 。碳
纳米管在存储氢气上表现 出来的独特性质 ， 使其 最有希望成为 一种新的高效 的储 氢材料 。从实验 、 理论研 究两个方 面总结 了前人在碳 纳米管储氢上 的研究成果 ， 对碳纳米管储 氢吸附方式 ， 并 吸附量影 响因素等方 面做 出分析。最后 指 出为实现碳纳米管储氢大规模 应用仍需做 的一些基础性研究工作 。
碳纳米管材料在氢能源中的应用研究
碳纳米管材料在氢能源中的应用研究氢能源作为一种高效、环保的新能源形式，一直以来备受各国工程师和科学家的重视与关注。
然而，作为氢能源的“关键技术”之一——氢储存技术的广泛应用却一直受到限制。
氢气密度极低，在常温和常压下，氢气占据的体积远远大于其他燃油，因此在氢能源的流通、储存和制造过程中，一直以来都难以直面氢气的储存问题。
近年来，碳纳米管材料已经成为了当前被广泛研究的氢气储存材料之一，尤其是在氢能源领域。
那么，碳纳米管材料具备哪些特点，使其在氢能源中拥有广泛应用前景呢？碳纳米管物理特性碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）是由碳原子排列而成，呈螺旋型圆柱体的一种纳米材料。
碳纳米管具有独特的力学、电学、光学、热学和化学等特性，是一种具备广泛应用前景的新材料。
首先说到碳纳米管的力学特性。
碳纳米管的力学强度极高，是碳氢化合物材料中最强的材料之一。
其强度与纤维素相似，可达到甚至超过李藻糖的高强度。
此外，碳纳米管还具有弹性模量极高、伸缩性能极佳等独特的力学特性。
其次，碳纳米管具有优异的电学特性。
基于其独特的性质，碳纳米管可以用作电磁场调制元器件、场发射器、纳米电池、微型继电器以及聚合物电子元器件等。
同时，碳纳米管的电导率非常高，甚至远远超过铜、铝等传统的导体材料。
再次，碳纳米管具有出色的化学稳定性。
碳纳米管与有机物、无机物等大多数化合物的作用力均比较微弱，涂敷碳纳米管薄膜的材料比较稳定，有良好的化学稳定性，是目前几种化学转换过程的新型纳米材料。
碳纳米管材料在氢能源中的应用在氢气储存技术领域，二阶段压缩式氢气储存器、压力摩擦焊接储氢器和吸附式氢气储存器等氢气储存材料已经被开发，但是由于这些材料在储氢密度、稳定性和耐久性等关键性能上的限制，导致了这些材料在实际应用中难以推广。
因此，碳纳米管材料作为氢气储存材料的重要代表，在氢能源领域的应用也越来越广泛。
碳纳米管材料在氢能源中的应用分为充氢式和吸附式两大类。
碳纳米管结构及其改善储氢容量可能性
碳纳米管结构及其改善储氢容量可能性碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米材料，具有特殊的结构和优异的性能，因此被广泛研究和应用。
储氢技术是解决新能源汽车储能问题的重要途径之一，而碳纳米管由于其独特的结构和特殊的化学性质，被认为是提高储氢容量的潜在候选材料。
本文将介绍碳纳米管的结构特点，并探讨其在储氢领域中的应用潜力。
首先，我们来了解一下碳纳米管的结构。
碳纳米管是由六角形的碳原子构成，呈现出管状结构，可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种形式。
单壁碳纳米管由一个层厚度为一个原子的碳原子片卷成而成，而多壁碳纳米管则由多个层厚度较厚的碳原子片卷成。
碳纳米管具有非常小的直径和非常高的长度宽比，这使得其具有巨大的比表面积和出色的力学强度。
碳纳米管在储氢领域中的应用主要有两个方面：一是作为储氢材料的载体，二是作为催化剂。
首先，碳纳米管可以作为储氢材料的载体用于提高储氢容量。
由于其大比表面积和高强度的特点，碳纳米管可以提供更多的储氢活性位点，增加氢气吸附量，从而提高储氢容量。
此外，碳纳米管具有良好的导电性和导热性，可以加快氢气的扩散速度，提高储氢速率。
研究表明，使用碳纳米管作为储氢材料的载体可以显著提高储氢容量，并具有良好的循环稳定性。
其次，碳纳米管还可以作为储氢材料的催化剂用于改善储氢反应的速率和动力学性能。
由于其独特的结构和化学性质，碳纳米管可以与氢气分子发生物理吸附或化学吸附，改变氢气的吸附活化能，提高储氢反应的速率和动力学性能。
此外，碳纳米管还可以与其他催化剂复合使用，形成协同效应，进一步提高储氢性能。
因此，通过调控碳纳米管的结构和表面性质，可以实现对储氢反应的增效。
虽然碳纳米管作为一种潜在的储氢材料具有很多优点，但目前仍面临一些挑战和限制。
首先，碳纳米管的制备成本较高，并且有一定的制备难度。
其次，碳纳米管的结构和性质受制于制备方法和条件，因此在大规模制备上仍然存在一定的挑战。
碳纳米管储氢技术
碳纳米管储氢技术【摘要】碳纳米管储氢技术是一种具有巨大潜力的新型能源储存技术。
本文首先介绍了碳纳米管储氢技术的重要性和碳纳米管的特性与优势，随后探讨了碳纳米管在储氢领域的应用以及研究进展。
分析了该技术面临的挑战与解决方案，指出了其未来发展的方向和潜力。
碳纳米管储氢技术不仅可以提高能源储存效率，还可以减少对环境的影响，具有重要的战略意义。
这项技术具有重要的研究和应用价值，值得进一步深入探讨和开发。
通过本文的分析，再次强调了碳纳米管储氢技术对能源领域的重要性，并展望了其未来发展的前景。
【关键词】关键词：碳纳米管、储氢技术、应用、研究进展、挑战、解决方案、发展方向、潜力、重要性。
1. 引言1.1 碳纳米管储氢技术的重要性碳纳米管储氢技术是一项具有重要意义的新兴技术。
随着人们对氢能源的需求不断增加，如何高效地储存氢成为了一个亟待解决的问题。
传统的氢储存方法存在一些问题，如储存效率低，安全性差等。
而碳纳米管储氢技术则具有储氢效率高、可重复使用、安全性好等优势，因此备受关注。
在碳纳米管储氢技术中，碳纳米管作为储氢材料具有很高的比表面积和孔容量，能够提供更多的吸附位点来吸附氢气分子。
碳纳米管的结构稳定性强，耐高温、耐腐蚀，能够保证储氢过程的安全稳定。
1.2 碳纳米管的特性与优势碳纳米管具有许多独特的特性和优势，使其成为储氢技术中备受关注的材料之一。
碳纳米管具有极高的比表面积，这意味着它们可以提供更多的储氢空间，从而提高氢气的吸附量。
碳纳米管的结构稳定性很高，能够承受高压力和温度，不易发生氢气泄漏或化学反应，保证氢气储存的安全性。
碳纳米管具有优良的导电性和导热性，有利于快速释放或吸收储存的氢气，并且可以有效地加速储氢过程。
碳纳米管还具有良好的化学稳定性和生物相容性，对环境和人体健康无害，符合绿色能源与清洁生产的要求。
碳纳米管因其独特的结构和优越的性能，在储氢技术中具有巨大的潜力和应用前景。
2. 正文2.1 碳纳米管在储氢领域的应用碳纳米管是一种具有优异性能的新型材料，其在储氢领域具有广泛的应用前景。
碳纳米管储氢的计算
碳纳米管储氢的计算学号：912103860404 姓名：娜仁·阿尔别克专业：应用化学指导老师：王桂香摘要：碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。
层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。
并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。
其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性碳纳米管是一类性能独特和具有广泛应用前景的新型碳材料。
碳纳米管由于高长径比、高表面积、小尺寸等特殊的结构，以及表现出来的特殊的物理性能，使得它在很多领域拥有很大的应用潜力。
本文首先建立了氢分子之间和氢分子与碳原子之间的相互作用势能模型，借助于分子动力学方法对单壁碳纳米管的储氢过程进行了模拟计算，得出了氢分子密度在碳纳米管径向方向上的分布曲线，提出了储氢的多层吸附机制，解释了密度曲线的规律。
文中得到的一些结论为进一步研究碳纳米管储氢问题提供了有益的理论依据。
关键词：单壁碳纳米管的结构；分子动力学；储氢；多层吸附；计算。
Abstract: Carbon nanotubes have attracted much attention for their many promising properties and potential applications．Tile carbonnanotubes have special structure and excelent physical properties，suchas high aspect ratio，high surface area，small size et al，SO they own potential applications in many fileds．the adsorption of hydrogen gas into single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) is studied by molecular dynamics .we find that regularities of distribution for hydrogen molecule are conputed .we analysis the results theoretically and find physical interpretation .multilayer adsorbed in single-wanlldecarbon nannotubes are conputed.it provide essential theoretical referrence for further studing hydrogen adsorption in single-walled carbon nanotubes.Key words:single-walled carbon nanotubes；molecular dynamics; adsorption hydrogen;multilayer adsorption ;computer前言：碳纳米管自1991 年被Iijima 博士在电弧蒸发石墨电极制备C60的实验产物中意外发现后.由于它结构的奇异性以及表现出的奇异的力学,电子及磁学性质,可望在结构增强材料,纳米器件,场发射材料,催化剂载体,电磁屏蔽材料,吸波材料,能源材料,等众多领域获得广泛应用.碳纳米管是晶型碳的另一种异形体具有一维纳米结构.许多学者推测碳纳米管可能成为二十一世纪人类大规模应用纳米材料的突破口.根据构成管壁碳原子层的层数不同碳纳米管(CNT)可分为单壁纳米管( SWNTS)和多壁纳米碳管(NWNTS).二者都是由单层或多层的石墨片层卷曲而成的.具有长径比很高的纳米级中空管,以下主要介绍单壁碳纳米管的结构。
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首先，储氢碳纳米管复合材料具有较高的储氢容量。
碳纳米管具有丰富的孔隙结构和大比表面积，可以提供更多的吸附位点，从而提高储氢量。
同时，储氢材料能够以物理吸附或化学反应的方式储存氢气，进一步增加氢气的储存量。
因此，储氢碳纳米管复合材料相比单一材料具有更高的储氢容量。
其次，储氢碳纳米管复合材料具有较快的氢气吸附/解析速度。
碳纳米管具有独特的管状结构和疏松的孔隙结构，可以提供较大的氢气扩散通道，从而加快氢气的吸附和解析速度。
此外，储氢材料的选择和设计也可以进一步提高吸附/解析速度。
此外，储氢碳纳米管复合材料具有较低的储氢温度和压力要求。
由于碳纳米管和储氢材料的特殊结构和性质，在较低的温度和压力下，储氢碳纳米管复合材料即可实现氢气的吸附和解析，提高了储氢系统的效率和安全性。
储氢碳纳米管复合材料的应用潜力巨大。
首先，储氢碳纳米管复合材料可以应用于氢燃料电池车辆。
碳纳米管提供了较高的储氢容量和快速的氢气吸附/解析速度，能够满足氢燃料电池车辆对高能量密度和快速加注的需求。
其次，储氢碳纳米管复合材料还可以应用于便携式能源储存装置。
由于碳纳米管具有轻质、高强度和良好的电导性能，所以储氢碳纳米管复合材料可以制备成轻便且高效的能源储存装置。
此外，储氢碳纳米管复合材料还可以应用于其他领域，如航空航天、储能等。
综上所述，储氢碳纳米管复合材料具有较高的储氢容量、较快的氢气吸附/解析速度、较低的储氢温度和压力要求等优点，具有广泛的应用前景。
随着材料科学和纳米技术的不断发展，储氢碳纳米管复合材料有望在能源领域得到更为广泛的应用。
用作储氢材料的碳纳米管
91科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术随着石油、煤炭等传统能源不断地被开采和使用,能源短缺问题日趋严重。
而石油、煤炭燃烧的主要产物是CO 2和SO 2。
CO 2是导致全球变暖的温室气体,SO 2会和空气中的水分结合产生酸雨。
人类面临能源、资源和环境的危机,寻找新的能源已成为人们的普遍共识。
氢作为一种洁净能源,已受到人们的充分重视。
而氢能技术面临的最大的挑战是能否将氢在常温常压下安全有效地储存和运输。
1997年,Dillon等[1]报道了有关单壁碳纳米管储氢研究成果,用单壁碳纳米管在室温和氢气压力40k P a 时得到储氢量为5%～10%(质量分数),并指出氢在高温吸附位上是物理吸附。
由于物理吸附储氢材料可通过压力控制而达到较高的瞬时氢脱附量,如果能开发出在常温下具有较高储氢量的物理吸附类材料,将对未来以氢为动力的移动装置产生重要影响[2]。
而纯粹的用碳纳米管储存氢很难实现其实用价值,其关键是如何利用碳纳米管储氢和怎样提高其储氢能力。
碳纳米管材料的规模生产和应用,尤其是用于储氢电极材料将给储氢电池带来一场变革。
1 碳纳米管的制备方法碳纳米管制备方法有一个共同的特点:通过各种外加能量,将碳源离解原子或离子形式,然后凝聚就可以得到这种碳的一维结构。
目前,碳纳米管的制备主要采用以下几种方法:电弧法[3]、激光蒸发法[4]、催化裂解及化学气相沉积法[5-8]等。
电弧法、激光蒸发法所制备碳纳米管管直且结晶度高,一般为单壁碳纳米管,但产率较低,常常混有大量的杂质(如:石墨碎片、无定形碳和纳米碳颗粒等),可通过酸或碱处理,对碳纳米管进行分离提纯,去除这些杂质。
而催化裂解及化学气相沉积法是制备碳纳米管使用最多的方法,一般是催化剂的作用下,使含碳气体原料(如:一氧化碳、甲烷、乙烯、丙烯和苯等)分解,即在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子,当过渡金属作为催化剂时,碳原子附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。
新储氢材料-碳纳米管
24
25
系统总体积 (L) 体积储氢容 量(kg/m3)
24.5
39
85
170
82
72.89
144.5*
90.8*
44.3
20.8
43.2
48.6
*未计算重整系统的体积。
美国能源部制定的储氢材料标准是65 kg/m3 （包括整个储氢系统）和6.5 wt% ；从表中可 见，吸附率为8 wt% 的碳纳米管已最接近标准 了。
宝马旗下的研发部门-BMW Group Forschung und Technik ，展示的一 款新型的车用储氢罐的原 型。这个新型液态氢储存 罐由复合材料构成。
新型储氢罐相比传统的圆 柱型钢储氢罐重量减少了 三分之二。已经安装在混 合动力车上进行了测试。 测试结果显示这种储氢罐 可以维持6天不泄漏氢气。
Thank You
碳纳米管作为新的超级氢吸附剂是一种很有前 途的贮氢材料，它的出现将推动氢/氧燃料电 池汽车及其它用氢设备的发展。但是，碳纳米 管吸氢离商业化还有一段距离，碳纳米管吸氢 机理还不明确，需继续开发和研究。目前，碳 纳米管吸氢是国际研究的热点，我国的纳米管 吸氢研究的水平与世界同步，建议国家科技部 予以支持。
丰田FCHV-adv FCHV-adv全称为Fuel Cell Hybrid Vehicleadvanced，是由高压氢为 燃料的高性能燃料电池 “TOYOTA FC Stack”和 镍氢蓄电池两种动力源驱 动的混合动力概念车。
丰田FCHV-adv的70Mpa储氢罐 其采用了丰田独自开发的 70Mpa的高压氢储存箱，容量 156L，较从前的FCHV都有所增 加，储罐压强增加了一倍。 FCHV-adv一次充氢后续航里程 可达830公里，达到了以往同类 车型两倍的水平。
碳纳米管储氢材料合成与制备
碳纳米管是日本NEc公司基础研 究实验室的电镜专家博士于1991年 在电弧蒸发石墨电极制备C60的实 验产物中意外发现的,由于它表现 出奇异的力学、电学及磁学性质, 可望作为结构增强材料、纳米器件, 场发射材料、催化剂载体、电磁屏 蔽材料、吸渡材料等而在众多领域 获得广泛应用,
根据构成管壁碳原子的层数不同, 碳纳米管 CNT 可分为单壁纳米碳 管 SWNT 和多壁纳米碳管 MWNT ,
这类材料具有储氢方式简单、吸放氢容易等优点,物理吸附 类材料尽管储氢量较化学吸附类材料低,但其可通过压力控制 而达到较高的瞬时氢脱附量,其作为车载动力储氢材料,拥有化 学吸附类材料无法比拟的优势,如果能开发出在常温下具有较 高储氢量的物理吸附类材料,将对未来以氢为动力的移动装置 产生重要影响,
三、以碳纳米管储氢材料为例
❖
1 从实验和理论两方面着手,搞清楚影响储氢的关键因
素和相应机理,包括储氢材料的组织结构、化学组成、表面性
质及制备方法等,为新材料的发展提供理论基础；
❖
2 规模化储氢技术是氢能能否走向实用化的关键,因此
开拓适应规模化生产的新型制备方法,也应该成为研究的一个
重要研究领域；
❖
3 将氢气的储存—释放系统作为整体,研究储氢材料的
2、储氢原理：
3、碳纳米管的制备方法
•电弧法、激光蒸发 法：
所制备碳纳米管管直 且结晶度高, 一般为 单壁碳纳米管, 但产 率较低, 常常混有大 量的杂质 如: 石墨 碎片、无定形碳和纳 米碳颗粒等 ,可通过 酸或碱处理,对碳纳 米管进行分离提纯, 去除这些杂质,
•催化裂解法：
•化学气相沉积法：
通过对碳纳米管进行适当的表面处理, 进一步改善 其孔结构及表面特性, 同样有望达到更高的储氢量,采 用阳极氧化铝模板负载Ni催化剂制备高密度碳纳米管阵 列, 这种方法所制备的碳纳米管的管径能达到100nm,且 管壁很薄、很均匀,管形很直,长径比在1000以上,同时 可以通过各种手段控制好模板的孔径,从而达到控制碳 纳米管的管径
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5 Nano Car
Nano Car
The nanocar consists of a chassis and axles made of well-defined organic groups with pivoting suspension and freely rotating axles. The wheels are buckyballs, spheres of pure carbon containing 60 atoms apiece. The entire car measures just 3-4 nanometers across, making it slightly wider than a strand of DNA. A human hair, by comparison, is about 80,000 nanometers in diameter.
Sequel, about the size of a Cadillac SRX, travels up to 300 miles on its hydrogen supply, and accelerates to 60 mph in less than 10 seconds. Current-generation fuel cell vehicles have a range of between 170 and 250 miles and cover 0-60 mph in between 12-16 seconds, depending upon whether a battery is used.
2．2Oriented multimultiwalled Carbon nano-tubes nanoMWNTS
近几年，随着制备碳纳米管水平的不断提 近几年， 高，碳纳米管这种一维结构材料的有序排 列成为可能。 列成为可能。有关的储氢性能报道陆续出 通过实验测得MWNT在77K的吸 现 Ztittel通过实验测得 通过实验测得 在 的吸 氢量可达5． 氢量可达 ．5wt％ .定向碳纳米管的储氢研 ％ 定向碳纳米管的储氢研 究还很初步，需要继续作深入细致的工作。 究还很初步，需要继续作深入细致
2 Multi-walled Carbon Multinanonano-tubes (MWNTS)
多壁碳纳米管可以简单看作是多层石墨烯 片卷积而成的同轴空心管体， 片卷积而成的同轴空心管体，通常管壁为 2～5O层，内径为 ～10nm，外径为 ～ ～ 层 内径为2～ ，外径为15～ 30nm，长度达微米。 ，长度达微米。
而流动催化法是将有机金属化合物，如二 而流动催化法是将有机金属化合物， 茂铁、 二茂镍、二茂钴等， 茂铁、五羰基合铁 、二茂镍、二茂钴等， 用蒸发或喷雾的方法气化， 用蒸发或喷雾的方法气化，由载气携带导 入到高温反应器中，分解后形成金属原子， 入到高温反应器中，分解后形成金属原子， 这些金属原子在气流中相互团聚形成纳米 尺寸的金属颗粒直接作为催化剂， 尺寸的金属颗粒直接作为催化剂，同时通 入含碳化合物作为碳源， 入含碳化合物作为碳源，经催化热分解形 成碳纳米管的方法。 成碳纳米管的方法。
从现有的研究结果及理论计算来看，碳纳米管储 从现有的研究结果及理论计算来看， 氢能力达到美国的DOE标准，即6.5 和62kg／m。 标准， 氢能力达到美国的 标准 ／ 。 是非常有希望的(除了个别学者认为不可能外 除了个别学者认为不可能外)， 是非常有希望的 除了个别学者认为不可能外 ， 部分学者的实验数据已经达到或超过了这一标准。 部分学者的实验数据已经达到或超过了这一标准。 虽然实验结果和见解比较离散， 虽然实验结果和见解比较离散，但是大家还是达 成了一些基本共识： 成了一些基本共识：①吸附量与表面积成正比关 吸附的区域大致在管内和管外， 系。②吸附的区域大致在管内和管外，或阵列的 间隙处。 碳纳米管的直径对吸附量有影响。 间隙处。③碳纳米管的直径对吸附量有影响。④ 表面活化或掺杂对吸附量起着重要甚至于决定性 作用。 作用。
3 CNT hydrogen storage theoretical calculation
由于计算方法的不同及所依据的吸附类型 (物理吸附还是化学吸附 和势能场模型等的 物理吸附还是化学吸附)和势能场模型等的 物理吸附还是化学吸附 不同， 不同，对SWNTS的储氢模拟结果具有很大 的储氢模拟结果具有很大 的离散性。 的离散性。
含碳化合物的催化热分解法是指将含碳化 合物在金属(如铁 如铁、 合物在金属 如铁、钴、镍)颗粒催化剂的作 颗粒催化剂的作 用下， 用下，加热分解并在催化剂表面析出形成 碳纳米管的方法，其合成温度通常在500～ 碳纳米管的方法，其合成温度通常在 ～ 1200。C之间，而且可以连续化生产，作 之间， 。 之间 而且可以连续化生产， 为大量合成碳纳米管的方法是极有前途的。 为大量合成碳纳米管的方法是极有前途的。
Catalytic py-rolysis of pycarbonous compound
含碳化合物的催化热分解法可分为基板法 和流动催化法两种。基板法是指采用镀膜、 和流动催化法两种。基板法是指采用镀膜、 浸渍 等方法将催化剂前驱体均匀分布在基 板或者粉末状载体上， 板或者粉末状载体上，经过热处理和氢气 的还原后形成纳米尺寸的催化剂颗粒， 的还原后形成纳米尺寸的催化剂颗粒，在 高温下催化热分解含碳化合物气体合成碳 纳米管的方法。 纳米管的方法。
四 Carbon nano-tubes nanoCNT） （CNT） hydrogen storage
1 Single-walled Carbon Singlenanonano-tubes (SWNTS)
首先介绍单壁碳管具有优秀储氢性能的报 道来自美国国立可再生能源实验室的Dillon 道来自美国国立可再生能源实验室的 等人[2]。他们采用TPDS(程序控温脱附仪 程序控温脱附仪) 等人 。他们采用 程序控温脱附仪 测量了SWNT的载氢量，从实验数据推测 的载氢量， 测量了 的载氢量 其具有约5～ ％ 质量分数 下同)的储氢 质量分数， 其具有约 ～10％(质量分数，下同 的储氢 测出吸附热为19． 量，测出吸附热为 ．6kJ／tool，并认为 ／ ， SWNT是唯一可用于氢燃料电池汽车的储 是唯一可用于氢燃料电池汽车的储 氢材料。 氢材料。
2．1 Multi-walled Carbon Multinanonano-tubes MWNTS
Chen等报道催化裂解 等报道催化裂解CH 制备的 制备的MWNTS， 等报道催化裂解 ， 分别经Li， 掺杂后采用 掺杂后采用TGA和TPD法，在 分别经 ，K掺杂后采用 和 法 473～673K和室温下分别测得的吸氢量为 ～ 和室温下分别测得的吸氢量为 20 和14 .
展望未来的 年, 碳纳米管在工程应用领 展望未来的10 域将取得长足的进展。 域将取得长足的进展。纳米技术与纳米材 料将给人类的文明和社会的进步带来重要 的影响。 的影响。碳纳米管作为纳米材料中的重要 成员, 在平面显示器、纳米电器、化学储氢、 成员 在平面显示器、纳米电器、化学储氢、 超级电容器、催化剂、 超级电容器、催化剂、环境保护及复合材 料等领域都将有广阔的应用前景。 料等领域都将有广阔的应用前景。
五 Synthetic technology of carbon nanotube
目前阻碍碳纳米管应用的一个主要因素是 无法廉价地大量合成所需要的碳纳米管。 无法廉价地大量合成所需要的碳纳米管。 合成纳米碳管的最主要的方法有电弧放电 法 、激光烧蚀法 、以及含碳化合物的催化 热分解法 。前两者目前主要用于合成单壁 碳纳米管，由于需要将石墨蒸发， 碳纳米管，由于需要将石墨蒸发，需要大 量的能源消耗，所以难以用于大量合成。 量的能源消耗，所以难以用于大量合成
4 CNTelectrochemical CNTelectrochemical hydrogen storage
近几年，人们对储氢碳纳米管的电化学研 近几年， 究更加关注。 等人_2 究更加关注。Niitzenadel等人 最先对单 等人 壁SWNTS)碳纳米管混以铜粉制成的电极 碳纳米管混以铜粉制成的电极 进行恒流充、放电试验。发现SWNTS的最 进行恒流充、放电试验。发现 的最 大比电容量仅为110mA h／g，对应储氢 大比电容量仅为 ／ ， 量为0． 量为 ．39 ．