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。

3.金属纳米颗粒储氢

金属纳米颗粒作为一种重要的纳米材料，可以在性质和结构上进行调控，从而实现更高的氢储存密度。德国科学家发现，基于金属纳米颗粒的储氢体系可以达到4wt%的氢储存容量。

4.石墨烯储氢

石墨烯是一种新型的二维材料，具有非常高的表面积和小孔径。欧洲科学家最近发现，石墨烯材料具有良好的储氢性能。研究表明，氢分子可以通过物理吸附吸附在石墨烯表面上，并且石墨烯材料可以实现高达6.6wt%的氢储存容量。

四、结论

纳米材料作为一种新型的储氢材料，具有储存密度高、安全可靠等诸多优点。金属有机骨架、纳米孔道材料、金属纳米颗粒和石墨烯等纳米材料被广泛应用于储氢材料领域。纳米材料的结构、性质和制备方法不断得到探索和深入研究，将在未来的氢能源储存与利用中起到重要作用。