新能源材料——储氢材料的研究进展
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。
完整版储氢材料
储氢材料研究进展班级：*********姓名： ********学号：*********课程老师：**教授日期： ********储氢材料研究进展[1]能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。
随着社会经济的发展, 全球能源供应的日趋紧缺, 环境污染的日益加剧, 已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。
面对化石燃料能源枯竭的严重挑战, 近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。
在新的能源领域中, 洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展, 己引起工业界的热切关注。
氢的规模制备是氢能应用的基础, 氢的规模储运是氢能应用的关键, 氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式, 三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。
但是, 由于氢在常温常压下为气态, 密度很小, 仅为空气的1 /14, 故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。
1 储氢方式[3]氢气的存储有3种方式:液态、高压气态和固态储氢[4] ,它们有各自的优点和缺点。
而利用储氢材料与氢气发生物理或化学作用将氢气存储于固体材料中的固态储氢方式,能有效克服气、液两种存储方式的不足,且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易,特别适合于对体积要求较严格的场合,如在燃料电池汽车上的使用。
固态储氢材料主要有:金属氢化物、配位氢化物和多孔吸附材料等,其中金属氢化物储氢[2]的研究已有30 多年,而后两种的研究较晚。
金属氢化物储氢材料主要有稀土系、Laves 相系、镁系和钛系等;配位氢化物是由碱金属(如Li、Na、K)或碱土金属(如Mg、Ca)与第ⅢA元素(如B、Al)或非金属元素(如N)形成的;多孔吸附材料分为物理吸附和化学吸附两大类,如碳纳米管[5]、BN 纳米管、硫化物纳米管、金属有机骨架材料(MOF)和活性炭等。
然而,传统的金属氢化物因密度大而限制了它们的实际应用。
为了克服这一缺点,许多由轻元素组成的配位氢化物或复杂氢化物被广泛研究,像铝氢化物体系、硼氢化物体系和氨基2亚氨基体系等。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是指能够有效地吸附和存储氢气的材料，是实现氢能源经济利用的关键技术之一、目前，储氢材料的研究进展日益迅速，主要集中在金属氢化物、碳基材料和有机多孔材料等几个方向上。
金属氢化物是当前最常用的储氢材料，其具有高储氢容量和可逆性的优点。
研究者们将重点放在改善金属氢化物的储氢动力学性能方面，包括催化剂的引入、微观结构和晶体形态的调控等。
另外，也有一些新型金属氢化物相如LiBH4、NaAlH4等被发现具有更高的储氢容量和较低的吸附解吸温度，为进一步提高金属氢化物的储氢性能提供了新的思路。
碳基材料是近年来备受关注的储氢材料。
石墨烯是一种具有单层碳原子构成的二维材料，具有大的比表面积和孔隙结构，能够容纳较多的氢气。
同时，碳纳米管、石墨烯氮化物和多壁碳纳米管等碳基材料也被广泛研究。
通过纳米材料的合成和结构调控，可以提高材料的储氢性能。
此外，研究者们还利用功能化改性碳基材料，如使用过渡金属氧化物、转金属等对其进行改性，提高其储氢性能。
有机多孔材料也是一种研究热点。
有机多孔材料具有大的比表面积和丰富的孔结构，可以通过吸附作用容纳大量的氢气。
目前，金属有机框架材料（MOF）和共轭有机多孔聚合物（CMP）是研究的主要方向。
MOF具有多元功能，通过合理选择金属和有机配体可以控制其孔隙结构和氢气吸附性能。
CMP是一种由共轭聚合物构成的大分子材料，通过调节共轭长度和交替共轭单元的数量可以改变其储氢性能。
除了上述主要的研究方向，还有一些其他新兴的储氢材料备受关注，如复合材料、离子交换树脂和化学氮化物等。
复合材料的结构多样性和优异的储氢性能使其成为研究热点。
离子交换树脂具有大的孔隙结构和高度大孔度表面积，能够吸附大量的氢气。
化学氮化物是一类新型储氢材料，具有高的储氢容量和可逆性，但需要进一步研究其可控合成和储氢动力学性能。
总之，储氢材料的研究进展日益迅速，包括金属氢化物、碳基材料和有机多孔材料等多个方向。
储氢材料的研究进展
氢的储存技术是开发利用氢能的关键性技术，如何有效地对氢进行储存，并且在使用时能够方便地释放出来，是该项技术研究的焦点。以上介绍的每一种储氢材料都有或多或少的缺点，制约其长足的发展。比如说，储氢合金虽是主要应用的储氢材料，但大多数储氢合金的自重大，寿命也是个问题，自重低的镁合金很难常温储放氢，大规模应用仍然有困难。碳纳米管储氢材料受到广泛关注，但基础研究不够，能否实用化还是个问题，目前的研究重点是提高室温、常压下氢的吸附量，在吸附机理、吸附剂的合成和吸附剂的净化等方面取得突破性进展。另一思路是制备新型的复合储氢材料，大部分储氢材料的性能都有加合的特点，而单一的储氢材料的性质也较多地为人们所认识。所以，复合储氢材料是未来储氢材料制备的一个走向。
有机物储氢的特点是：(1)储氢量大，苯和甲苯的理论储氢质量分数分别为7.19 %和6.18 %，比传统的金属氢化物、高压压缩的储氢量大得多；(2)储氢剂和氢载体的性质与汽油相似，储存、运输、维护保养安全方便，特别是储存设施的简便是传统储氢技术难以比拟的；(3)可多次循环使用，寿命长达20年；(4)加氢反应放出大量热可供利用。Touzani和Klvana等[16,17]系统地研究了MCH的脱氢反应，并对偶联于氢燃机上的脱氢反应进行了数值模拟。瑞士在研究随车脱氢，为汽车提供燃料的技术方面开展了一系列研发工作[35,36]。Parmaliana等[18]利用商品化的载Pt蜂窝状催化剂研究了苯/环己烷的加氢和脱氢反应，250℃～350℃，常压下，加氢效果最好。Cacciola等[19]论证了用环己烷和甲基环己烷作氢载体的储氢和输氢的可行性。我国的有机液体氢化物储氢技术，1994年石油大学进富[20]对利用Ni - Al2O3催化剂的甲苯气相加氢反应及其动力学进行了研究，取得了一定的进展。2003年，顾仁敖等[21]用共焦拉曼光谱研究了苯在光滑铂电极表面的电化学还原行为，表明苯可直接还原生成环己烷。
MOFs储氢
金属-有机框架物(MOFs)储氢材料研究进展摘要：介绍了一种新型储氢材料—金属-有机框架物(Metal-organic framework，MoFs)。
该材料具有许多优异的性能，如密度小、比表面积大、气孔率高等，并可通过组装来控制框架物的结构和孔径的大小，是一种具有发展前景的新型储氢材料。
在总结、评述MOFs储氢材料的储氢性能及其影响因素等基础上提出了今后的发展方向。
关键词：多孔材料；金属-有机框架物；储氢1 引言近年来，由于化石燃料及自然资源的大量消耗，对于发展新型洁净高效的能源材料来取代传统化石燃料的要求越来越迫切，亟需寻找一种可再生，洁净且含量丰富的新型能源材料。
氢是宇宙中含量最丰富的元素，有着成为将来主要能量载体的潜在优势。
最重要的是，氢与氧气反应的唯一产物是对环境无污染的水，这是当前所用石油等燃料所不能超越的优点。
然而，由于氢的体积能量密度低，如何储存大量的氢，成为氢能源时代到来所要解决的一个关键问题。
在氢气制备、传输、储存和使用过程中，如何使氢气能安全有效地储存是当前最大的障碍。
如果储存的问题解决了，必定激励氢气其他问题的解决。
因此，研究、开发氢气的储存材料与安全储氢技术是当前国际研究的前沿和热点。
2 MOFs储氢材料MOFs材料一般是由离散的金属氧化物团簇(Metal ionconnector)通过刚性有机链(Organic linker)，如芳香族多元羧酸或多元胺等相互连接并自组装形成的晶态材料。
在连接过程中会形成多种有趣的拓扑结构，这些结构的形成与基于苯环的多功能分子的链接方式的差异性、金属-氧或金属-氮核(四面体配位或八面体配位)的点对称性有关。
MOFs的制备方法简单、产率高，而且可以通过设计构建单元，自组装获得不同结构的目标产物，且所得产物具有稳定的规则多孔结构。
大量研究表明，通过变换金属离子中心和有机链可以改变MOFs的孔洞尺寸和结构，进而改变储氢性能。
作为一类新型的储氢材料，MOFs具有许多优点：密度小，例如MoF-177(Zn4O(BTB)2，BTB为1,3,5-苯三安息香酸盐)的晶体密度为0.429/cm3，是目前所报道的储氢材料中最轻的；表面积大，文献报道的MOFs大多具有大于1000m2/g的表面积，比沸石还要高，尤其是MOF-177，N2吸附等温线显示它在77K下有至今所报道的最大的吸附量，其单层吸附表面积达到4500m2/g；特有的立方微孔，具有规则的大小和形状，气体吸附机理是物理吸附，可以在室温、安全压力(小于2MPa)下快速可逆地吸收氢气。
储氢材料的原理解析与研究进展
氢是一种清洁的可再生能源。
储氢材料作为一种可逆的氢元素存储材料，在现代及未来的应用十分广泛。
对于储氢材料性质的研究，将会更好地推动我国相关研究领域的进步。
随着近年来我国经济的不断发展，能源消耗也在大幅度增加，化石能源储量减少，并产生一系列的环境问题，所以寻找一种安全可靠的绿色清洁能源是必然趋势，而氢元素一直是能源系列中的“宠儿”。
由于氢能是一种可循环利用的清洁能源，将在我国能源转换中扮演重要角色。
近年来，氢能产业从行业圈内逐渐走向大众视野，被认为是具有发展潜力的新型产业。
目前唯一存在的应用问题是氢能源的存储技术问题，为了解决这一问题，储氢材料正式问世，利用金属络合物储存氢能，其质量百分密度较高且具有一定的可逆性，实现了储氢材料的正式应用，而此类材料的具体应用也可以更好地推动相关领域的发展。
氢能的储存方式分析氢能是目前发现的能源体系中储量丰富且无公害的清洁能源，是理想化石燃料替代品，而且氢能在燃烧后的生成物只有水，对我国实现“碳达峰”“碳中和”等目标具有重要意义。
在氢能的应用体系中，氢能的存储制约了氢能走向实用化和规模化。
为了解决这一问题，诞生了储氢材料理念。
目前，有3种主要的储氢方式，分别为高压气态储氢、低温液态储氢和固态储氢。
1高压气态储氢高压气态储氢是目前应用广泛、相对成熟的储氢技术，即通过压力将氢气液化至气瓶中加以储存。
该技术的优点在于，其充装释放氢气速度快，技术成熟及成本低。
而其缺点在于：一是对储氢压力容器的耐高压要求较高，商用气瓶设计压力达到20 MPa，一般充压力至15 MPa；二是其体积储氢密度不高，其体积储氢密度一般在18～40 g/L；三是在氢气压缩过程中能耗较大，且存在氢气泄漏和容器爆破等安全隐患问题。
2低温液体储氢为了解决高压气体储氢体积储氢密度低的问题，人们提出了液态储氢的概念，低温液态储氢将氢气冷却至-253℃，液化储存于低温绝热液氢罐中，储氢密度可达70.6 kg/m3，体积密度为气态时的845倍。
储氢材料的研究进展1
储氢材料的研究进展1储氢材料的研究进展1储氢材料是指能够吸附或储存大量氢气的物质，它在氢能技术的应用中起着关键作用。
目前，储氢材料的研究进展如下：1.金属氢化物：金属氢化物是一种包括氢原子的金属结构。
这类材料具有高储氢密度和相对较低的温度要求，因此在储氢领域具有重要的潜力。
最常见的金属氢化物是锂氢化物和镁氢化物。
近年来，研究人员通过改变材料的微观结构和添加催化剂等方法，成功地提高了金属氢化物的储氢性能。
2.有机储氢材料：有机储氢材料是一类由碳、氢和其他元素组成的有机化合物，它们通过化学反应吸附和储存氢气。
这类材料的优势在于其相对较低的工作温度要求和较高的储氢容量。
研究人员通过设计新型的有机储氢材料和调节其结构，有效地提高了其吸附和释放氢气的性能。
3.多孔材料：多孔材料是一类具有微孔或介孔结构的材料，其具有较大的表面积和空隙，可用于吸附和储存氢气。
常见的多孔材料包括金属有机骨架材料（MOFs）、多孔有机聚合物（POPs）、金属氧化物和碳纳米管等。
近年来，研究人员通过调节多孔材料的结构和化学组成，成功地提高了其储氢性能。
4.硼氮化物：硼氮化物是一类由硼和氮组成的化合物，其具有非常高的储氢密度和热稳定性。
硼氮化物的挑战在于其吸附和释放氢气的动力学过程较慢。
近年来，研究人员通过合成纳米材料、引入催化剂和调节硼氮化物的结构等方法，成功提高了其储氢性能。
5.复合材料：复合材料是利用不同种类的材料组合而成的材料，其吸附和储存氢气的性能可以通过调节不同组分的比例和结构来改善。
常见的复合材料包括金属-有机骨架材料的混合物、碳材料的复合体等。
研究人员通过设计和合成新型的复合材料，成功提高了其储氢性能。
总结起来，储氢材料的研究进展主要包括金属氢化物、有机储氢材料、多孔材料、硼氮化物和复合材料等。
这些材料在储氢技术中具有重要的应用潜力，研究人员通过调节其结构、应用新型催化剂和合成方法等手段，不断提高其储氢性能，推动氢能技术的发展。
高密度固态储氢材料技术研究进展
高密度固态储氢材料技术研究进展高密度固态储氢材料主要包括金属氢化物、碳材料和复合材料等。
其中，金属氢化物是最常用的固态储氢材料之一、金属氢化物可以在一定的温度和压力下吸收和释放氢气，并且具有较高的储氢容量。
目前研究中主要关注的金属氢化物材料包括镁、钛、锆等金属氢化物。
研究表明，通过纳米化处理和复合材料的制备，可以进一步提高金属氢化物的储氢性能。
另外，碳材料也是一种常用的高密度固态储氢材料。
碳材料具有较高的表面积和丰富的孔隙结构，可以提供更多的吸附位点和储氢空间。
研究表明，通过调控碳材料的结构和制备方法，可以达到更高的储氢容量和吸附能力。
除了金属氢化物和碳材料，近年来复合材料也成为了高密度固态储氢材料的研究热点。
复合材料可以结合不同的材料优点，提高储氢性能。
常见的复合材料包括金属氢化物/碳材料复合材料、金属氢化物/金属氢化物复合材料等。
这些复合材料可以在一定的条件下吸附和释放氢气，具有较高的储氢容量和动力学性能。
除了材料本身的研究，高密度固态储氢材料技术还包括储氢反应动力学和材料结构设计等方面的研究。
储氢反应动力学研究可以提高储氢速率，减少吸附和释放氢气所需的时间。
材料结构设计可以进一步优化储氢容量和动力学性能，实现更高效的储氢。
总之，高密度固态储氢材料技术在过去的几年里取得了许多重要的研究进展。
不论是金属氢化物、碳材料还是复合材料等，都在不断地提高储氢容量和动力学性能。
未来，我们可以期待高密度固态储氢材料技术在氢能源储存和传输领域的广泛应用。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是一种能够吸附和释放氢气的材料，广泛应用于氢能源领域。
目前，研究人员正在不断寻找新型的储氢材料，以提高氢气的吸附能力和储存密度，并且减少储氢过程中的能量损失。
以下是当前储氢材料研究领域的一些进展。
一、金属有机骨架材料（MOF）金属有机骨架材料是一种由金属离子和有机配体组成的晶体结构。
这种材料具有高度可控的孔隙结构，能够提供大量的吸附空间。
研究者已经成功开发出一系列储氢性能优良的MOF材料。
例如，Mg-MOF-74材料具有高达7.5 wt%的氢气存储密度，在77 K、20 bar的条件下可以实现高达6.0 wt%的氢气吸附。
二、共价有机框架材料（COF）共价有机框架材料是一种新型的多孔有机材料，由于其特殊的共价键连接方式，其结构稳定性和储氢性能较好。
例如，研究者在实验中发现，COF-5可以在77 K、物理吸附模式下实现高达7.2 wt%的氢气储存密度。
三、纳米多孔材料纳米多孔材料是一种具有高度可控孔隙结构和较大比表面积的材料。
这些材料具有丰富的储氢位点，并且能够实现快速的吸附和释放过程。
例如，一些石墨烯基的纳米多孔材料已经成功应用于氢能源领域。
研究者发现，这些纳米多孔材料能够实现高达5 wt%的氢气吸附。
四、氧化物材料氧化物材料是一种常见的储氢材料，具有较好的储氢性能。
例如，氧化镁和氧化钛等材料具有良好的氢气吸附能力。
此外，一些研究者还研究了稀土氧化物的储氢性能，并发现它们可以在相对较低的温度和压力下实现高储氢密度。
综上所述，储氢材料的研究进展十分迅速。
金属有机骨架材料、共价有机框架材料、纳米多孔材料和氧化物材料等新型储氢材料的开发，为增加氢气的储存密度以及减少储氢过程中的能量损失提供了新的思路和方法。
随着进一步研究和开发，相信未来储氢材料的性能将不断提高，并为氢能源的广泛应用提供有力支持。
氢储存技术的研究进展及展望
氢储存技术的研究进展及展望近年来，氢能作为一种清洁能源备受关注。
然而，由于氢气本身具有极低的密度和高的易燃性，氢储存一直是限制其广泛应用的主要难题。
因此，人们对氢储存技术的研究一直没有停止。
本文将就氢储存技术的研究进展及未来展望进行探讨。
一、氢储存技术的发展现状目前，氢储存技术主要包括物理吸附、化学吸附、氢化物储氢和液态氢储存四种类型。
（一）物理吸附物理吸附是利用固体吸附氢气的方式来实现储氢的，它的主要载体是活性炭、金属有机骨架材料、多孔氧化物等。
相较于其他类型的储氢技术，物理吸附具有更高的储氢密度和更好的安全性能。
（二）化学吸附化学吸附是通过吸附剂和氢气反应来实现氢气的储存的一种方法。
化学吸附常用的物质为金属有机骨架材料、氧化物和金属化合物等。
与物理吸附不同，化学吸附不需要高压气体来储存氢气，因此它在一定程度上降低了储氢系统的压力。
（三）氢化物储氢氢化物储氢是利用氢化物储存氢气的方法。
氢化物可以分为金属氢化物和非金属氢化物两种类别。
其中，金属氢化物的储氢密度更高，但是其氢化反应是可逆的，使得循环溢出成为了储氢过程的复杂部分。
（四）液态氢储存液态氢储存是利用液态氢作为储存介质的技术。
由于液态氢密度高，因此它的储氢效率也更高。
不过，液态氢需要在极低温下储存，因此储氢设施需要复杂的加热和冷却系统。
二、氢储存技术的未来展望（一）发展方向当前，氢储存技术的研究方向主要有以下两个方面：1、利用电化学、热解和表面改性等技术，改善储氢材料的吸附、储存和释放能力，提高储氢密度和储氢效率；2、开发新的氢储存技术，以达到更高的储氢密度和更佳的安全性。
（二）瓶颈问题目前，氢储存技术还存在一些瓶颈问题，主要包括以下几个方面：1、材料成本高：氢储存材料的研发需要投资大量资金，因此材料的成本很高；2、材料的稳定性：很多材料对氧和水蒸气敏感，因此在使用过程中需要特殊的处理；3、储氢密度：目前氢储存材料的储氢密度还远远低于理论值，需要继续加大研究和改进力度；4、储氢速度：氢储存材料的储氢和释放速度还不够快，需要加强研究；5、安全问题：氢气具有极低的点火能力和爆炸性，因此氢储存系统需要特殊的安全措施。
镁基储氢材料的性能及研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 9 期镁基储氢材料的性能及研究进展史柯柯，刘木子，赵强，李晋平，刘光（太原理工大学化学工程与技术学院，气体能源高效清洁利用山西省重点实验室，山西 太原 030024）摘要：镁基储氢材料具有储氢容量高、价格低廉、在自然界中镁资源丰富等优点，被认为是最具有发展前景的一类固态储氢材料。
由于MgH 2稳定性好且放氢焓值高（75kJ/mol H 2），氢分子在Mg 表面解离能高及氢原子在镁晶格中扩散速率慢，导致吸放氢热力学稳定、动力学缓慢，从而限制了其在储氢方面的应用。
对于镁基储氢材料性能的改善，目前已经取得了许多研究成果。
本文综述了国内外镁基储氢材料的研究报道，归纳了镁基储氢材料的改性方法，重点阐述了合金化、纳米化和添加催化剂对于优化和改善热力学和动力学性能以及吸放氢机理的影响。
最后对该领域的研究成果和发展前景进行了总结和展望，基于现有分析认为，在未来的研究中可以综合运用添加催化剂和纳米化改性双重机制对MgH 2体系热力学性能进行调控，以获得具有高容量、高性能的Mg/MgH 2储氢体系，满足商业化应用的要求。
关键词：储氢；镁基储氢材料；纳米化；吸放氢性能中图分类号：TG139+.7 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）09-4731-15Properties and research progress of magnesium based hydrogen storagematerialsSHI Keke ，LIU Muzi ，ZHAO Qiang ，LI Jinping ，LIU Guang(Shanxi Key Laboratory of Gas Energy Efficient and Clean Utilization, College of Chemical Engineering and Technology,Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi, China)Abstract: Magnesium based hydrogen storage materials have the advantages of high hydrogen storage capacity, low price, and abundant magnesium resources in nature, and thus are considered as the most promising solid hydrogen storage materials. Due to the good stability of MgH 2, the high enthalpy of hydrogen desorption (75kJ/mol H 2), the high dissociation energy of hydrogen molecules on the surface of Mg and the slow diffusion rate of hydrogen atoms in the magnesium lattice, the absorption and desorption of hydrogen are stable in thermodynamics but the kinetics is slow, which limits its application in hydrogen storage. Many research achievements have been made to improve the properties of magnesium based hydrogen storage materials and this paper reviews these research reports, and summarizes the modification methods with the focuses on the effects of alloying, nanocrystallization and catalyst addition on the optimization and improvement of the thermodynamic and kinetic properties, and the mechanism of hydrogen absorption and desorption. Finally, the development prospects in this field are prospected. Based on the existing analysis, it is concluded that catalyst addition and nano modification should be综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1905收稿日期：2022-10-13；修改稿日期：2023-01-01。
稀土储氢材料的现状及进展与趋势精选全文
其它表面处理方法——对成型负极的处理
（联氨＋强碱、有机酸、电镀、热充电、表面活性剂。）
稀土储氢材料技术
表面处理方法对AB5型储氢合金电极的影响
表面处理方法
作用
包覆膜
改善合金的导电导热性能，增强合金的抗氧化能力， 减少充放电循环过程中合金粉化。
化学还原及碱液 表面形成富镍层，提高合金电极的电催化活性、放 电容量及快速放电能力，同时改善循环寿命。
AB3-3.5
LaNi5
MmNi5
LaNi3
CaNi3
La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5
LaNi5H6 MmNi5H6.3 LaNi3H4.5 CaNi3H4.4 La0.7Mg0.3Ni2.8Co0.5H4.73
1.4
1.4
1.4
2.0
1.6
放氢压（温度） /MPa（℃）
氢化物生成热
/kJ·mol-1H2
Mn：部分取代Ni后对合金的活化、稳定性及吸 放氢速度均有好处，降低氢平衡压。含量为 0.2～0.8，循环寿命增加；大于0.8时寿命下降。
Al：增加抗腐蚀性，同时降低吸放氢速度。
稀土储氢材料技术
非化学计量的影响
通式：ABx±y或A1±xBy
如AB5 当B/A＜5.0时，平衡氢压降低，循环寿命下降。 当B/A＞5.0时，初容量下降，循环寿命增加。
国内外规模型企业的传统LaNi5型储氢合金的技术、工艺水平和产 品性能没有明显的差距。国内HEV用储氢合金粉的某些性能还有待改 进，低自放电镍氢电池用La-Mg-Ni系储氢合金仍处于开发试验阶段。
国外储氢合金技术的领先 之处主要在于通过快速冷凝熔 炼铸造工艺控制相结构均一稳 定性，通过合金粉后期表面处 理得到低内阻、高活性表面的 储氢合金负极材料。
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。
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是指能够安全、高效地储存氢气的材料。
储氢技术是氢能源的关键技术之一，能够实现氢能源的大规模应用。
目前，储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
氢吸附材料是利用物理吸附的方式将氢气吸附储存于材料中。
常见的氢吸附材料包括金属有机骨架材料（MOFs）、大孔材料、以及碳基材料等。
MOFs是由有机配体和过渡金属离子组成的晶态多孔材料。
由于其具有高比表面积和可调节的孔径大小，使其成为理想的氢储存材料。
大孔材料如金属有机配合物和多孔晶体材料，具有较大的孔径和孔容，能够提供更高的氢吸附容量。
碳基材料具有优异的热稳定性和化学稳定性，是一类常见的功底途材料，如碳纳米管和活性炭等。
化学储氢材料是将氢气通过化学反应储存在材料中。
该类材料包括金属氢化物、金属化合物和有机化合物等。
金属氢化物具有高储氢密度和可逆的吸放氢性能，但其储氢温度较高，不利于应用。
为此，研究者针对金属氢化物进行了一系列的改性，如添加催化剂、改变晶体结构和尺度效应等，以提高其储氢性能。
金属化合物如过渡金属硼化物、过渡金属卡宾化物等也具有较高的储氢容量和反应活性。
有机化合物如酰胺、石蜡和脂肪酸等也被研究用作化学储氢材料，其具有储氢容量大、反应温度低等优点，但其稳定性较差，需要进行改性以提高其循环寿命。
物理储氢材料是利用吸附、吸气和共存（吸气和吸附的结合）三种方式将氢气储存于材料中。
常见的物理储氢材料主要有活性炭、多壁碳纳米管等。
活性炭是一种多孔材料，具有高比表面积和可调节的孔径大小，能够通过物理吸附将氢气吸附储存于其表面或孔道中。
多壁碳纳米管是一种碳基纳米材料，具有极小的孔径和大的比表面积，能够通过吸附、蓄存和自发释放的方式储存氢气。
总结来说，目前储氢材料的研究进展主要集中在氢吸附材料、化学储氢材料和物理储氢材料三个方面。
随着科学技术的不断发展，研究者们正在不断寻求新的储氢材料，以提高储氢容量、降低温度和压力等方面的要求，为氢能源的应用提供更多的选择和可能性。
金属氢化物储氢材料的研究与发展
金属氢化物储氢材料的研究与发展近年来，随着环保和能源危机的加剧，储氢技术正在成为人们关注的焦点。
因为储氢技术可以有效地储存能源，为未来能源的可持续发展提供了一条新的出路。
而金属氢化物储氢材料就是储氢技术中的重要组成部分之一。
一、金属氢化物储氢材料金属氢化物储氢材料是指通过与氢气反应，形成氢化物的金属材料。
储氢时，氢气吸附在储氢材料的表面或者内部空隙，从而形成氢化物储氢材料。
这种材料不仅能够吸氢，而且还可以释放出氢气，从而满足能源的需求。
目前，金属氢化物储氢材料主要分为两种类型，分别是轻金属氢化物和过渡金属氢化物。
轻金属氢化物主要包括镁、钠和铝等轻金属。
这种材料的优点是比较轻便、价格低廉，但其吸附氢气的能力较差。
过渡金属氢化物主要包括钛、锆、镍和铁等过渡金属。
这种材料的优点是吸附氢气的能力比较强，但价格相对较高。
二、金属氢化物储氢材料的研究进展随着科技的发展，金属氢化物储氢材料的研究也取得了一定的进展。
以过渡金属氢化物为例，钛系和锆系储氢材料是目前研究比较活跃的两个方向。
其中，锆系储氢材料具有高储氢容量、较低的反应活化度和较好的热稳定性等特点。
研究表明，锆系储氢材料的理论存氢量可以达到2.0wt%，但其反应活化度较低，需要高温才能进行储氢反应。
因此，如何提高锆系储氢材料的反应活化度，是当前研究的热点之一。
而钛系储氢材料则具有较高的反应活化度和储氢速率，但其储氢容量较低，只有1.5wt%左右。
因此，钛系储氢材料的研究主要集中在如何提高其储氢容量和维持其高活性的方向上。
目前，许多研究团队通过改变钛系储氢材料的组成和微观结构，以期望提高其储氢性能。
除此之外，还有一些新型金属氢化物储氢材料也正在被研究。
比如，基于金属有机骨架的储氢材料和基于金属-氧化物的复合储氢材料等，这些新型材料具有较高的储氢容量和热稳定性，但其制备工艺和成本也更加复杂和昂贵。
三、金属氢化物储氢材料的应用前景金属氢化物储氢材料因其高存氢能力、易于操控和储氢稳定性等优点，被广泛应用于氢能、新能源汽车、储能等领域。
高容量储氢材料的研究进展
高 压 气态 储 氢 是 一种 最 普 通 和最 直 接 的储 氢 方式 ，
其 原 理 是将 氢 气 压缩 储 存 在 高 压 钢 瓶 中 ， 存 压 力 一 般 储 是 １ ～ １ ａ 高 压 气 态 储 氢 具 有 充 放 氢 速 度 快 、 ０ ５ ＭＰ 。 技
世 纪 的绿 色 能 源 载体 ２。然 而 ， 能 的 开 发 利 用 是 一 个 氢 有 机 的 系统 工 程 ， 主要 涉 及 到 氢 的制 备 、 存 、 运 以 及 储 输 应 用 四大 关 键 技 术 ＿ 。氢 大 量 存 在 于 石 油 、 然 气 、 ３ ］ 天 煤
～
泛 应用 于合 成 氨 、 甲醇 以及 石 油 炼 制 ， 电 子 、 金 、 在 冶 食
品加 工 、 法玻 璃 、 细化 工 合 成 、 空 航 天 等 领 域 也 有 浮 精 航 应 用 。 尤 其 是 随 着 燃 料 电 池 技 术 的 发 展 ， 氢 作 为 汽 车 用 动力 的来 源 越来 越 受 重视 ， 通 运 输 业 将 是 氢 能 的另 一 交 个 主要 应 用 领 域［ 。然 而 ， 是 所 有 元 素 中最 轻 的 ， 氢 在 常 温 常 压 下 为 气 态 ， 度 仅 为 ０ ０ ９９ ｋ ／ ， 水 的 万 密 ． ８ ｇ ｍ。 是 分之 一 ， 此 其 高 密度 储 存 一 直 是 一 个 世 界 级 难 题 。 目 因
氢 化 物 、 氢 化 物 、 氢 化 物 和 氨 基 硼 烷 化 合 物 。 作 者 简 要 综 述 了 最 近 几 年 这 些 高 容 量 储 氢 材 料 的 研 究 进 展 。 点 关 硼 氮 重 注 材料 的储 氢 容量 、 放 氢 反应 热 力 学 、 放 氢 反 应 动 力学 和 吸放 氢机 理 以及 成 分 调 变 、 化 改 性 和 尺 寸效 应 对 材 料 吸 吸 催
储氢材料的研究进展
储氢材料的研究进展储氢材料是一种可以吸附和储存氢气的材料，被广泛应用在氢能源领域。
近年来，随着氢能源的快速发展，储氢材料的研究也得到了越来越多的关注。
本文将介绍目前储氢材料研究的进展，并对其应用前景进行展望。
目前，储氢材料主要分为吸附式储氢材料和化学式储氢材料两大类。
吸附式储氢材料是指通过物理吸附的方式将氢气存储在材料的孔隙中。
目前，碳基材料是吸附式储氢材料研究的热点之一、碳纳米材料因其大比表面积和丰富的孔结构被广泛应用于储氢领域。
相比传统的活性炭材料，碳纳米材料具有更高的吸氢容量和更快的吸附速率。
此外，金属有机骨架材料（MOFs）也是一种具有潜力的碳基储氢材料。
MOFs具有可调控的孔径和孔容，可以通过引入不同的功能基团来优化其吸附性能。
除了碳基材料，金属氢化物也是一种重要的吸附式储氢材料。
金属氢化物可以通过在金属表面形成化学键的方式来吸附氢气。
其中，镁氢化物（MgH2）是最常用的金属氢化物储氢材料之一、虽然MgH2的密度较高，但其吸附/解吸氢气的速度较慢，限制了其实际应用。
因此，研究人员正在寻找各种方式来改善金属氢化物的吸附性能，如通过合金化、纳米结构调控等手段。
除了吸附式储氢材料，化学式储氢材料也受到了广泛的关注。
化学式储氢材料是指通过在材料中形成化学键的方式将氢气储存在其中。
目前，主要的化学式储氢材料包括金属氨化物、复合材料和化学氧化物等。
这些材料通过利用化学反应的能量来存储氢气，并在需要释放时通过反应还原产生氢气。
近年来，研究人员还在探索新型储氢材料，如多孔有机聚合物、金属有机框架材料等。
这些材料具有独特的结构和吸附性能，可以提高储氢容量和吸附速率。
虽然储氢材料的研究取得了一定的进展，但目前仍然存在一些挑战。
首先，吸附式储氢材料的吸附速率和储氢容量还不够理想，无法满足实际应用的需求。
其次，化学式储氢材料的反应性和循环稳定性有待改善。
此外，储氢材料的制备成本较高，限制了其商业化应用。
然而，随着技术的不断进步和研究的深入，相信这些问题都将得到解决。
储氢材料的研究进展
面及内部大的空腔使碳纳米管能吸附大量的氢，其高储氢 量、低质量密度和化学稳定性使其在车用储氢系统中具有 良好的应用前景。 受碳纳米管研究的启发，利用其它具有微纳米结构材料作 为纳不明贮米确氢纤。材维料和的TiS研2的究纳也米相管继等展。开关，于例微如纳M米oS材2、料B储N氢纳机米理管、尚
吸附贮氢。 化学法：无机化合物贮氢、有机液态氢化物 贮氢、金属氢化物贮氢、复杂氢化物(也称 络合物)贮氢
物理方法储氢
最简单、最常用的贮存方法是气态方式。贮存压力 低于17MPa，但体积密度较小(标准状态条件下为 0.089kg/m3)是该方法最严重的技术缺陷，其应 用范围也因此受到限制。即使已经研制能承受千 兆帕级(GPa)超高压的容器，但这种方法在运输和 使用过程中的安全隐患仍是人们担心和关注的问 题。 液态贮氢方式的体积密度高(70kg/m3)，但氢气的 液化需要冷却到(21K)的超低温下才能实现，但此 过程需要大量的能量，且成本高，条件苛刻，使 得液态贮氢技术也难以广泛应用，仅用于航天领 域。
优缺点：
LaNi5 初期氢化容易, 反应速度快,20 ℃时的 氢分解压仅几个大气压, 吸放氢性能优良。 LaNi5 储氢合金的主要缺点是镧的价格高, 循环退化严重, 易于粉化, 并且储氢量偏低， 只有1.4wt%左右。
• 但是由于其优异的吸放氢动力学性能，近 年来有仍很多对LaNi5合金改性来提高储氢 量的研究。主要改性方法是引入其它金属 元素，使LaNi5合金多元化。目前已研究的 三元系列主要有两类LaNi5-xMx(M=Al、 Mn、Cr、Fe、Co、Cu、Ag、pd、pt)和 R0.2LaO.8Ni5(R=Zr、Gd、Nd、Y、Th)。
氢能源存储技术的研究与进展
氢能源存储技术的研究与进展一、绪论氢能源作为一种清洁、高效的能源形式，受到了广泛关注。
然而，氢气具有低密度、易燃爆性等特点，使得其在储存和运输过程中存在诸多挑战。
因此，氢能源存储技术的研究和发展变得尤为重要。
本文将就氢能源储存技术的研究现状及进展进行深入探讨。
二、氢能源存储技术的分类1. 压缩氢气储存技术压缩氢气储存技术是目前较为成熟的氢能源储存技术之一。
其主要原理是将氢气压缩至高压状态，通过气体压缩机将氢气加压至容器内，以便在较小的空间内存储更多的氢气。
目前，压缩氢气储存技术已得到了广泛应用，但其存在能量密度较低、气体泄漏风险大等问题亟待解决。
2. 液态氢气储存技术液态氢气储存技术是另一种常见的氢能源储存方式。
将氢气冷却至液态态，存储在低温容器中，可实现高能量密度的储存。
液态氢气储存技术具有储存密度高、安全性高等优点，但存在制冷能耗高、容器存储温度稳定性差等挑战。
3. 吸附储氢技术吸附储氢技术是一种将氢气吸附在吸附剂表面，通过吸附剂的吸附解吸过程实现氢气的存储。
吸附储氢技术具有存储能量密度高、占地面积小等优点，但存在吸附剂选择、循环寿命等问题尚待解决。
4. 化学储氢技术化学储氢技术是通过化学反应将氢气转化为易储存的化合物，如氨合成、甲烷化等方式实现氢气的储存。
化学储氢技术能够实现高能量密度的储存，但需要耗费能量进行反应和再生，存在成本高等问题。
三、氢能源存储技术的研究进展1. 压缩氢气储存技术研究进展近年来，随着压缩技术的不断发展，压缩氢气储存技术也取得了一定进展。
新型高效气体压缩机的研发，使得氢气的压缩能耗大幅度降低，同时提高了压缩机的工作效率。
此外，液压储氢技术、压缩冷却联合储氢技术等新型储氢方式的出现，为压缩氢气储存技术的进一步发展提供了新的思路。
2. 液态氢气储存技术研究进展液态氢气储存技术在制冷技术领域的发展推动下，取得了一些进展。
新型低温材料的研发，提高了液态氢气的保存稳定性和安全性。
金属有机骨架化合物作为储氢材料的研究进展
金属有机骨架化合物作为储氢材料的研究进展一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护意识的日益增强，清洁、高效的能源存储技术成为了当前科技研究的热点。
其中，氢能源因其高能量密度、零污染排放和可再生性等优点，被认为是最具潜力的未来能源之一。
然而，氢气的安全存储和高效运输是实现其广泛应用的关键。
金属有机骨架化合物（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）作为一种新型的多孔材料，因其高比表面积、可调孔径和丰富的功能基团等特性，在储氢材料领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在综述MOFs作为储氢材料的研究进展，从MOFs的结构特点、储氢性能、影响因素以及未来发展方向等方面进行深入探讨，以期为氢能源的安全高效存储提供理论支持和技术指导。
二、金属有机骨架化合物概述金属有机骨架化合物（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一类由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键自组装形成的具有高度有序多孔结构的晶体材料。
由于其独特的结构和性质，MOFs 在储氢、催化、分离、传感、药物输送等多个领域展现出巨大的应用潜力。
MOFs的结构多样性是其最突出的特点之一。
通过选择不同的金属离子、有机配体以及合成条件，可以制备出具有不同孔径、形状和功能的MOFs。
这种高度的可设计性和可调性使得MOFs能够针对特定的应用需求进行定制合成。
在储氢领域，MOFs因其高比表面积、低密度和可调的孔结构而备受关注。
其开放的金属位点和可功能化的有机配体为氢气的吸附和存储提供了有利条件。
MOFs还可以通过合成后修饰等方法引入特定的官能团，进一步提高其对氢气的吸附能力和选择性。
然而，MOFs作为储氢材料在实际应用中也面临一些挑战，如稳定性、循环性能以及成本等问题。
因此，如何在保持MOFs高储氢性能的同时提高其稳定性和降低成本是当前研究的热点和难点。
总体而言，金属有机骨架化合物作为一种新型的储氢材料，其独特的结构和性质使其在储氢领域具有广阔的应用前景。
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目录1 储氢合金 (1)1.1 储氢合金的原理 (1)1.2 理想的贮氢金属氢化物 (2)1.3 常用储氢合金 (2)1.3.1 稀土系储氢合金 (2)1.3.2 镁系储氢合金 (2)1.3.3 镁基储氢材料的主要制备方法 (2)2 碳基和有机物储氢材料 (2)2.1 碳基储氢材料 (2)2.1.1 活性炭储氢 (2)2.1.2 碳纤维储氢材料 (3)2.1.3 碳纳米管储氢材料 (3)2.2 有机物储氢材料 (3)2.2.1 有机液体储氢 (3)2.2.2 金属有机物储氢 (3)3 络合物储氢材料 (3)4 玻璃微球储氢材料 (4)5 总结 (4)6 参考文献 (5)新能源材料——储氢材料的研究进展摘要综述了近年来储氢材料的研究进展, 简要介绍了合金、碳基和有机物、络合物和玻璃微球等几种主要储氢材料的储氢材料应用并指出储氢材料发展趋势。
关键词储氢材料，应用，进展能源是国民经济的基础, 是人类赖以生产、生活和生存的重要源泉。
随着科学技术的进步, 人类社会经历了薪柴、煤炭和石油三个能源阶段。
从未来社会能源结构看, 人类一方面要面对煤、石油等矿物能源的日益枯竭, 另一方面又要正视矿物能源所造成的环境污染问题。
如酸雨、温室效应等已给人类带来了相当大的危害, 而汽车尾气也成为大气污染的一个主要来源之一。
因此寻找一种可替代传统碳氢化合物能源的新能源已成为世界各国科学家毕生奋斗的目标。
氢在宇宙间含量丰富, 具有许多特殊的性质, 是理想的二次能源。
氢是一种高能量密度、清洁的绿色新能源, 它在燃料电池以及高能可充放电电池等方面展现了很好的应用前景。
在利用氢能的过程中, 氢气的储存和运输是关键问题。
传统的高压气瓶或以液态、固态储氢都不经济也不安全。
而使用储氢材料储氢能很好地解决这些问题。
目前所用的储氢材料主要有合金、碳基和有机物、某些络合物和玻璃微球储氢材料。
本文讨论了几种主要储氢材料的储氢功能特点, 综述了它们的近期研究进展。
1 储氢合金储氢合金是一种能储存氢气的合金，它所储存的氢的密度大于液态氢，因而被称为氢海绵。
而且氢储入合金中时不仅不需要消耗能量，反而能放出热量。
储氢合金释放氢时所需的能量也不高，加上具有安全可靠、储氢能耗低、单位体积储氢密度高等优点，因此是最有前途的储氢介质。
1.1 储氢合金的原理合金可逆地与氢形成金属氢化物，或者说是氢与合金形成了化合物，即气态氢分子被分解成氢原子而进入了金属之中。
由于氢本身会使材料变质。
而且，储氧合金在反复吸收和释放氢的过程中，会不断发生膨胀和收缩，使合金发生破坏，因此，良好的储氢合金必须具有抵抗上述各种破坏作用的能力。
1.2 理想的贮氢金属氢化物理想的贮氢金属氢化物应具有如下特征: (1) 贮氢量大, 能量密度高; (2) 氢解离温度低, 离解热小; (3) 吸氢和氢解离的反应速度快; ( 4) 氢化物的生成热小; (5) 质量轻、成本低; (6)化学稳定性好, 对O2、H2O等杂物呈惰性; (7) 使用寿命长。
1.3 常用储氢合金1.3.1 稀土系储氢合金稀土储氢合金, 它的优点是活化容易、分解氢压适中、吸放氢平衡压差小、动力学性能优良、不易中毒。
1.3.2 镁系储氢合金镁基合金中比较有代表性的是镁镍系和镁-铝系, 镁和镍的合金体系中, 可以形成两种比较稳定的金属间化合物Mg2Ni和MgNi2。
镁-铝系合金有Mg3Al12(γ)、Mg17Al12(γ)、Mg2A l3(β)等类型, 研究重点则是镁和铝的不同组成以及添加第三种元素对其储氢性能的影响。
1.3.3 镁基储氢材料的主要制备方法1）熔炼法是制备镁基储氢材料的一种传统方法,Reilly等首先以镁和镍混合熔炼成Mg2Ni 合金。
2）扩散法：用还原扩散法和共沉淀还原法可以制取镁基储氢材料, 但是由于镁是活泼金属, 用这两种方法制备镁基储氢材料有很大的困难。
而常采用置换扩散法和球磨扩散法。
3）机械合金化是一种制备细粉粒的固态反应方法, 在材料的制备过程中, 不同的元素组份在球磨机内磨球的碰撞挤压下, 发生强烈的塑性变形, 不同的元素组份冷焊在一起, 随后发生断裂、冷焊、断裂的不断重复进行, 使得粉粒总是在最短的尺度上以新鲜的原子面互相接触, 最终实现在熔炼状态下才能达到的合金化的目的。
2 碳基和有机物储氢材料2.1 碳基储氢材料2.1.1 活性炭储氢活性炭贮氢主要用于低压吸附贮氢, 如作为汽车燃料的贮存。
由于该技术具有压力低、贮存容器自重轻、形状选择余地大、成本低等优点, 已引起广泛关注。
但美国能源部( DOE) 要求, 对燃料电池电动汽车, 其体积储氢密度必须达到63kg/ m3, 质量分数6150%。
2.1.2 碳纤维储氢材料碳纳米纤维表面具有分子级细约10nm的中空管, 比表面积大,而且可以合成石墨层面垂直于纤维轴向或与轴向成一定角度的鱼骨状特殊结构的纳米碳纤维, 大量氢气可以在纳米碳纤维中凝聚, 从而可能具有超级贮氢能力。
2.1.3 碳纳米管储氢材料碳纳米管分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管以及由单壁纳米碳管束形成的复合尽管人们对碳纳米管储氢的研究已取得了一些进展, 但至今仍不能完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学变化过程, 也无法准确测得纳米管的密度,今后还应在储氢机理、复合掺杂改性和显微结构控制等方面进行深入研究。
2.2 有机物储氢材料2.2.1 有机液体储氢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, 即加氢反应和脱氢反应实现的。
加氢反应实现氢的储存(化学键合) , 脱氢反应实现氢的释放。
不饱和有机液体化合物做储氢剂,可循环使用。
2.2.2 金属有机物储氢金属有机物储氢是最近几年发现的一类很有前景的储氢材料。
金属有机多孔骨架化合物, 又称为金属有机配位聚合物,它是由金属离子和有机配体自组装而形成。
这类金属有机多孔骨架化合物有各种各样的孔道类型, 最近, 一种新型的多孔金属有机结构( MOFs)已经吸引了人们的注意。
在室温和较宽的压力范围内, 通过溢出可以使储氢量大大提高, 是一个前景很好的储氢材料。
3 络合物储氢材料日本的科研人员首先开发了氢化硼钠(NaBH4)和氢化硼钾(KBH4) 等络合物储氢材料, 它们通过加水分解反应可产生比其自身含氢量还多的氢气。
后来又有人研制了一种被称之为“Aranate”的新型贮氢材料——氢化铝络合物( NaAlH4) , 这些络合物在加热分解后可放出总量高达7. 4%(wt)的氢。
氢化硼和氢化铝络合物是很有发展前景的新型储氢材料, 但为了使其能得到实际应用, 人们还需探索新的催化剂或将现有的钛、锆、铁催化剂进行优化组合以改善NaAlH4 等材料的低温放氢性能。
4 玻璃微球储氢材料玻璃微球直径在25~ 500μm之间, 球壁厚度低于1μm。
在200~ 400℃范围内, 材料的穿透率增大, 使得氢气可在一定压力的作用下进入到玻璃体中, 当温度降到室温附近时, 玻璃体的穿透性消失,氢气留在玻璃微球体内, 随后随温度的升高即可释放出氢气。
中空玻璃微球主要有MgAlSi、石英、聚酰胺、聚乙烯三酚盐酸和N29等, 质量储氢量为15%~ 42%(wt) 。
微球储氢是一种具有发展前途的储氢技术, 其技术难点在于制备高强度的空心微球。
5 总结金属氢化物储运氢气具有安全性高、成本低、体积密度高等优点, 而且安全性很高, 使用也很方便。
利用储氢材料对氢气的选择性吸附可进行氢气的分离与净化。
储氢合金不但有储氢的本领,而且还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。
储氢合金在吸氢时放热, 在放氢时吸热, 利用这种放热-吸热循环, 可进行热的储存和传输, 制造制冷或采暖设备。
镁基储氢材料储氢容量大、质量轻以及地球上镁的储量大而有着广阔的应用前景, 一般讲, 镁基储氢材料主要应用于储氢器和电极, 还可以用做提纯分离、热泵、恒温系统、同位素分离、温度传感器、燃料电池氢源等方面。
碳基吸附储氢材料尽管前景美好, 仍有很多问题需要解决: 活性炭吸附储氢只是在低温下才能实现好的吸附特性; 常温常压下纯的碳纳米管对于氢气的储存能力很低, 且过程相当缓慢, 一般需要25h, 而且至今仍不能完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学过程, 也无法准确测得纳米管的密度, 今后还应在储氢机理、复合掺杂改性和显微结构控制等方面进行深入研究。
且这些高比表面积活性炭、碳纤维及碳纳米管价格昂贵、产量低, 大规模进入商业应用还有一段路要走。
金属有机物中的金属与氢的结合比起石墨化的碳与氢的结合更为牢固, 且通过改性有机成分, 能促使金属有机物与H2间的相互作用加强, 从而使金属有机物作为储氢材料的应用前景正在逐步被开发出来。
其中的金属有机多孔材料世界无穷无尽, 它要求合成化学家不断地去探索和研究。
新的合成策略, 例如应用不同的溶剂体系、新模板的合成、由较大的簇单元或由不同种类的簇单元为建筑块来构筑多孔骨架等, 是开发新型多孔材料的一个关键,也是探索新型的金属有机物储氢材料的关键。
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