多孔聚合物贮氢材料的研究进展
新型多孔材料制备及其在储氢领域的应用研究
新型多孔材料制备及其在储氢领域的应用研究一、引言：多孔材料的应用与发展多孔材料是一类具有孔隙结构的新型材料，具有无限的应用潜力。
多孔材料的制备方法有许多种，包括溶胶-凝胶法、水热法、模板法、共沉淀法、气溶胶法等。
这些制备方法都能够制备出各种形状、大小及孔径的多孔材料。
多孔材料由于具有其它材料所不能达到的高比表面积、大孔径及较高的孔隙度等特性，已广泛应用于多个领域，如催化剂、吸附材料、分离材料、光催化材料等。
本文主要介绍多孔材料在储氢领域的应用及其制备方法。
二、多孔材料在储氢领域的应用目前，氢能被视为一种终极能源，因其与氧反应所产生的唯一废物为水，从而不存在环境污染问题。
但是，由于氢气具有极高的存储密度和卓越的能量传递性能，故其储存是一个极为棘手的问题。
多孔材料的可控孔结构及表面性质是储氢材料的理想选择。
1、氢气吸附储氢材料氢气储存是一种优良的储氢技术，而多孔材料具有更加优良的氢气吸附性能，特别是基于碳材料的氢气吸附储氢材料。
基于碳材料的氢气吸附储氢材料有很多优越性质，如：比表面积大、组成稳定、温和的反应条件、良好的可扩展性等。
例如，基于碳纳米管制备的氢气吸附材料，是目前具有良好选择性和可控性的氢存储材料之一。
2、化学储氢材料化学储氢材料是一种新兴的储氢技术，多孔材料在该领域具有很大的应用潜力。
化学储氢材料能够以化学反应的方式储氢，而多孔材料与化学储氢材料的共同作用，能够大大提高储氢量和存储速率。
研究表明，基于多孔金属有机框架的化学储氢材料是一种前途广阔的化学储氢方法。
三、多孔材料制备方法多孔材料的制备方法有许多种，各种制备方法所制得的多孔材料具有不同的形状、孔径及孔隙度。
以下简单介绍几种典型的多孔材料制备方法。
1、高温炭化法高温炭化法在制备各种碳材料方面应用广泛。
该方法需要先制备高分子前驱体，再通过热解、炭化过程将其转化为多孔碳材料。
在高温炭化过程中，高分子材料会经历多个形态的变化，包括去除挥发性组分、高分子链的聚合、缩合及各种反应等等。
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。
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。
基于金属材料多孔结构的氢气存储技术的研究
基于金属材料多孔结构的氢气存储技术的研究一、引言氢气储存技术被广泛认为是未来能源发展的重要方向，而金属材料多孔结构是一种具有良好可控性和重要应用价值的氢气储存材料。
本文旨在对基于金属材料多孔结构的氢气储存技术进行深入的研究和探索。
二、多孔材料用于氢气储存多孔材料的表面积远大于普通材料，可以通过吸附氢气来储存大量氢气。
这些材料被广泛应用于氢气储存和传输中。
金属材料具有高储氢容量和高储存效率的优点，也成为多孔材料中的重要部分。
三、金属材料多孔结构储氢的原理金属材料多孔结构储氢的原理是基于氢分子的吸附作用。
金属材料由许多微观多孔空间组成，在此过程中可以通过弱相互作用来吸附氢气。
吸附氢气的主要类型包括吸附、吸附和膨胀等，其中吸附作用是其中最重要的。
吸附作用发生在金属材料表面上，表面粗糙度和孔结构是影响氢气吸附的主要因素。
四、金属材料多孔结构储氢的优点和应用金属材料多孔结构具有以下优点：高储氢容量、低操作温度、长期储存稳定性和容易控制。
在实际应用中，多种金属材料多孔结构被广泛应用于氢气储存领域，如碳纳米管、金属有机框架材料、硅氧烷材料等。
五、金属材料多孔结构储氢技术发展现状目前，金属材料多孔结构储氢技术的发展主要是研究如何提高储氢容量、降低操作温度和提高稳定性。
一些新型材料也相继研制成功，如单层石墨烯、氧化石墨烯等，具有更高的储氢性能。
此外，也研究出一些新的储氢材料，如硼氮化物、石墨烯/金属储氢复合材料等。
六、存在问题和展望金属材料多孔结构储氢技术在实际应用中仍然存在一些问题，如储氢容量有限，操作温度较低，还需要进一步研究和探索。
随着科技的不断发展，人们相信这些问题会逐渐得到解决。
未来，金属材料多孔结构储氢技术将会得到更广泛的应用，成为氢气储存领域的一种重要技术。
七、结论基于金属材料多孔结构的氢气储存技术具有高储氢容量、低操作温度、长期储存稳定性和容易控制等优点。
目前，金属材料多孔结构储氢技术还面临一些问题，但随着科技的不断发展，这些问题会逐渐得到解决。
纳米多孔材料在储氢技术中的应用
纳米多孔材料在储氢技术中的应用近年来，氢能作为可再生能源的代表之一，备受关注。
然而，氢气的储存一直是阻碍其广泛应用的重要难题之一。
传统的氢气储存方式，如高压气瓶和液态储氢，存在着储存效率低、储存压力高、安全性差等问题。
纳米多孔材料的出现，为解决这一难题提供了一种有前景的思路。
纳米多孔材料是一类具有高比表面积和孔隙结构的材料，能够在其表面或内部产生大量微小的孔隙。
这些微小孔隙的直径通常在几纳米至几十纳米之间，能够提供良好的储氢空间。
纳米多孔材料常用的几种类型包括金属有机骨架材料（MOFs）、金属氧化物、多孔碳材料等。
首先，纳米多孔材料的高比表面积使其能够承载更多的氢气。
比如，一个具有1克的纳米多孔材料，其比表面积通常可以达到数千平方米，这相当于足球场大小的面积。
而传统的氢气储存材料，如金属储氢合金或碳纳米管等，其比表面积相对较小。
因此，纳米多孔材料具有更好的氢吸附能力，能够提高储氢材料的负载量和容量。
其次，纳米多孔材料的孔隙结构使其具有更高的储氢能力。
纳米多孔材料的微小孔隙能够提供更多的吸附位置，使氢气分子得以牢固地存储在孔隙中。
此外，纳米多孔材料的孔隙结构大小可以通过合适的设计进行调控，以适应不同的储氢需求。
例如，当需要高储氢容量时，可以选择具有较大孔隙结构的材料；而在追求高储氢速率时，可选用具有较小孔隙结构的材料。
这样的灵活性使得纳米多孔材料可以满足不同应用场景的需求。
此外，纳米多孔材料还具有优异的储氢动力学性能。
由于其微小孔隙的存在，氢气分子能够更容易地与纳米多孔材料发生相互作用，从而实现快速吸附和释放。
相比之下，传统的氢气储存材料常常需要高温或高压条件下才能实现储氢和释放。
纳米多孔材料的良好动力学性能为氢能的商业化应用提供了有力的技术支持。
值得一提的是，纳米多孔材料在储氢技术中的应用不仅仅局限于氢气。
由于其孔隙结构的可调控性，纳米多孔材料还可以用于其他气体储存和分离领域。
例如，纳米多孔材料可以用于二氧化碳的捕获和分离，这对于减少温室气体排放和实现碳捕集利用存储至关重要。
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。
新型多孔材料及其在能源存储方面的应用研究
新型多孔材料及其在能源存储方面的应用研究近年来，新型多孔材料在能源存储方面的应用引起了越来越多的关注。
这种材料具有高比表面积、优异的孔结构以及可调控的表面性质等特点，可以被广泛应用于电池、超级电容器、储氢材料等领域。
本文旨在探讨新型多孔材料在能源存储方面的应用研究现状及未来发展趋势。
一、锂离子电池中的新型多孔材料锂离子电池是目前广泛应用于电子设备和电动车等领域的一种高效能储能设备。
多孔材料作为锂离子电池的电极材料，具有优异的电化学性能和结构特点，可极大提高电池的能量密度、循环性和功率密度等指标。
以二氧化钛为例，其被广泛应用于锂离子电池中。
通过调控二氧化钛的晶型、形状和孔结构等特性，可以优化电极材料的电化学性能。
例如，将二氧化钛纳米晶体制备成可控的多孔结构，可以显著提高其比表面积和离子传输速率，从而实现锂离子电池的高效储能。
此外，锂硫电池也是新型多孔材料在能源存储领域的重要应用。
这种电池具有高能量密度和低成本的优点，但其稳定性和寿命受限制。
使用多孔材料作为载体可以有效地解决这些问题。
例如，将硫纳米颗粒嵌入一种多孔金属-有机框架中，可以实现有机材料和金属材料的相容性，从而实现了稳定且高效的锂硫电池。
二、超级电容器中的新型多孔材料超级电容器是另一种具有广泛应用前景的能源储存设备。
其具有高功率密度和长循环寿命等特点，可以作为储电系统中的重要组成部分。
而多孔材料作为超级电容器的电极材料，也具有良好的导电性和高的比表面积，因此在超级电容器中得到了广泛的研究。
以碳纳米管为例，其表现出优异的电化学特性和孔结构。
通过充分利用碳纳米管的孔隙结构和表面化学特性，可以制备出高性能的超级电容器。
例如，将带有氧基和氮基的碳纳米管作为电极材料，可以实现高倍率的充放电过程，从而得到高能量密度和长循环寿命的超级电容器。
三、储氢材料中的新型多孔材料储氢材料是另一种新型多孔材料在能源存储领域的重要应用。
其以氢为储能载体，具有高能量密度、环保和可再生等优点，因此被广泛应用于燃料电池、氢能源储存等领域。
纳米多孔材料在气体吸附与储氢方面的应用研究
纳米多孔材料在气体吸附与储氢方面的应用研究随着能源危机和环境问题的日益严重，氢能作为一种清洁、高效的能源被广泛关注。
而要实现氢能的大规模应用，就需要寻找高效的氢储存方式。
纳米多孔材料在气体吸附与储氢方面展现出了巨大的潜力，成为了当前研究的热点之一。
纳米多孔材料具有大比表面积、规则的孔道结构和可调节的孔径大小等特点，使其能够高效地吸附气体分子。
其中，金属有机骨架材料（MOF）和碳基材料（如碳纳米管和石墨烯）是研究中的两大重要类别。
MOF是由金属离子或簇与有机配体通过配位键连接而成的结晶性材料，其孔道结构可以通过调节配体和金属离子的选择实现。
由于具有高度可控的孔道结构和表面组成，MOF在气体吸附方面显示出良好的性能。
例如，一些MOF材料可以选择性地吸附二氧化碳，从而有望应用于气候变化控制和碳减排方面。
此外，MOF还可应用于氢储存。
氢分子可以进入MOF材料的微孔之中，与材料表面的金属离子发生弱键相互作用，从而实现高效储氢。
碳基材料由于其独特的结构特点，也成为了吸附和储存气体的重要选择。
碳纳米管具有高度规则的孔道结构和高比表面积，使其具有很大的吸附能力。
石墨烯则由层层叠加的碳原子构成，形成了一种类似于蜂窝状的孔道结构，其孔径可以调控，有利于吸附小分子气体。
这些碳基材料被广泛应用于气体分离、储氢和催化等领域。
近年来，研究人员对纳米多孔材料在气体吸附与储氢方面的应用进行了深入研究。
全球各地的实验室纷纷开展了相关实验，试图提高纳米多孔材料的气体吸附能力和储氢效率。
通过改变纳米多孔材料的孔道结构、表面官能团和孔径大小等参数，一些研究者已经实现了显著的性能提升。
例如，一些MOF材料被设计成具有较大的气体吸附容量，并实现了高效储氢。
同时，研究者还提出了一些新型的纳米多孔材料结构，如具有三维孔道结构的MOF和具有超高比表面积的碳材料，以进一步提高气体吸附和储氢性能。
然而，纳米多孔材料在气体吸附与储氢方面仍面临一些挑战。
储氢材料制备方法的研究进展
储氢材料制备方法的研究进展储氢材料是一种能够吸附、存储和释放氢气的物质，被广泛研究用于实现氢气能源的存储和转化。
随着氢能技术的发展，储氢材料的研究成为一个热门领域。
本文将介绍储氢材料制备方法的研究进展，并探讨其应用前景。
目前，储氢材料的制备方法主要包括物理法、化学法和物理化学复合法。
物理法主要包括压缩和吸附两种方式。
压缩方法是将氢气以高压形式存储在储氢材料中，然而这种方法存在能耗高、占用空间大的问题。
吸附方法则是通过储氢材料对氢气的物理吸附，实现氢气的存储。
然而，传统的吸附材料如活性炭和金属有机骨架材料(MOFs)等吸附能力较低，需要提高其吸附容量和吸附能力。
化学法是通过材料的化学反应实现氢气的储存。
目前，主要的化学储氢方法包括金属氢化物和化合物、化学储氢材料、化学储氢液体等。
金属氢化物和化合物可以通过与氢气反应生成金属氢化物，在需要氢气时再以逆反应方式生成氢气。
虽然金属氢化物和化合物的储氢密度较高，但其反应速度慢且循环稳定性差，需要进一步改进。
化学储氢材料是一种可以在常温和常压下吸附和释放氢气的化学物质。
它们具有快速吸附和释放氢气的能力，且循环稳定性较好。
研究人员已经开发出各种类型的化学储氢材料，如氮化物、硼氮化物、氮化硼、氨合物等。
这些材料具有高储氢容量和良好的储氢性能，但目前尚存在生产成本高、储氢温度范围窄等问题。
物理化学复合法是将物理法和化学法相结合，既兼具吸附材料的特点，又具有储氢材料的优势。
例如，将金属有机骨架材料与金属氢化物进行复合，可以提高材料的储氢容量和吸附能力。
此外，还可以通过调整材料的结构和组分，提高材料的储氢性能。
储氢材料制备方法的研究进展为氢能技术的发展提供了有力支持。
然而，目前的研究还存在一些挑战。
首先，需要提高储氢材料的吸附容量和吸附能力，以满足氢能技术的需求。
其次，还需要改进储氢材料的循环稳定性和反应速度，提高材料的实用性。
此外，还需要降低储氢材料的生产成本，以促进储氢技术的商业化应用。
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。
用于氢储存的纳米多孔金属有机骨架材料的研究
用于氢储存的纳米多孔金属有机骨架材料的研究随着全球化与工业化的发展，人们对于清洁、高效、可再生能源的需求越来越迫切。
而氢能作为一种干净的能源，已经成为了当今的研究热点。
而氢气的储存是氢能使用的一个非常关键的环节，而纳米多孔金属有机骨架材料（MOFs）则被广泛认为是一种很有潜力的氢气储存材料。
MOFs的研究起源于20世纪50年代，但是在当时由于材料较为单一、合成难度高等原因，其应用十分有限。
随着纳米技术的不断发展，新型MOFs不断涌现，其具备有规整的大孔径结构、高的比表面积、可控的孔径大小和能够与各种气体进行化学吸附等特点。
研究表明，MOFs不仅可以用于氢气的储存，同时也具有气体分离、催化反应、光催化等不同的应用价值。
尤其是对于氢气的储存，在化学吸附与物理吸附两个机理中，MOFs更倾向于采用化学吸附的方式，其储存效率大大提高。
目前，国际上，物理吸附和化学吸附两种本质不同的氢储存方式已被广泛研究，但是二者都存在着优缺点。
物理吸附法储氢容易实现，但需要较高的压力，空间利用率低，储存密度小。
而化学吸附法储氢则具有储存密度高、空间利用率高等优点，但需要较高的温度与氢气压力才能进行氢气的释放，同时也容易受到材料的毒性和稳定性等问题的影响。
但是，MOFs的应用能够弥补上述两种方式的不足之处，其可以在较低的温度和压力下储存氢气，并且仅需要较小的体积就可以实现高密度氢气储存。
MOFs的储存密度也可以达到6％～7％，比物理吸附法高出10倍以上。
MOFs的研究也并未止步于此，其在不断发展与完善之中。
研究人员在实验中也探索了加入不同分子与表面修饰等手段以改善材料的储氢效果。
例如，在实验中，通过掺杂金属或非金属结构单元可以提高材料的储氢量，这些方法也已经被广泛地应用于MOFs的研究之中。
除此之外，MOFs的结构也得到了大幅度改善。
如有机金属骨架的加入效果更显著，可以有效地增加材料的稳定性，使其更加适合高压氢气贮存等工业应用。
氢储存材料研究新进展
氢储存材料研究新进展近年来，随着能源危机和环境污染日益严重，全球范围内探索并发展清洁能源已成为不可避免的趋势。
而氢能作为一种清洁能源，具有燃烧后只释放水、环境与健康无污染、能量密度高等特点，备受瞩目。
然而，氢能源的利用还存在很多技术难题，如氢的储存问题。
近年来，氢储存材料研究一直是氢能源领域的热门话题，新材料的不断研究和开发有望为氢能源的发展提供新的突破口。
一、氢的储存瓶颈氢气由于具有很强的弛豫作用，单纯地以高压的方式储存氢气并不是一种有效的方式。
而目前研究最多的氢储存材料有固态储氢材料(包括金属氢化物、高级别金属有机骨架材料、多酚类材料等)、C类结构材料和液态储氢材料等。
固态储氢材料具有能量密度高和安全性能好的优势，但它们的工作温度一般较低、重量较大，其中的过渡金属氢化物还存在极限储氢量低、循环稳定性差的问题。
C类结构材料(如淀粉)虽然具有比较好的储氢效果，但其储存量有限，放氢周期长。
液态储氢材料具有很高的储氢密度，但需要较低的温度和较高的氢气压力才能使氢在其内部被储存，造成使用上较为困难。
因此，如何研发低成本、高效、高稳定的氢储存材料，是氢能源发展面临的重要挑战。
二、新型氢储存材料研究进展为了解决固态储氢材料的问题，有学者开始尝试将过渡金属氢化物与有机框架材料同步利用，形成新型材料。
近日，美国加州理工学院Song Jin教授领导的团队，设计了新型的MgScNi-HH(Magnesium Scandium Nickel Hydrogen High-Entropy Hydride)固态氢存储材料，其储氢量相较现有的铁／铁系氢化物模型材料增加了28%，远高于商用的氢储存材料。
同时，经过多次放氢循环测试，这种材料仍能保持较高的储氢容量，具有较高的循环稳定性能。
、一种新型的醛化物材料，也备受关注。
美国劳伦斯伯克利国家实验室研究人员开发了一种新型多孔几何醛化物储氢材料，其比表面积达到了500平方米/克，储氢容量可达到7.5 wt%，这意味着每克材料可以储存接近一毫升液态氢，仅需低于驾驶席底下氢气储存量上限的三分之一的空间，同时循环稳定性好。
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。
多孔材料的制备与储氢性能研究
多孔材料的制备与储氢性能研究近年来，随着氢能技术的不断研究和应用，储氢材料成为了一个备受关注的领域。
多孔材料因其独特的结构和性能，被广泛探索作为储氢材料的候选者。
本文将探讨多孔材料的制备方法以及其对储氢性能的影响。
首先，多孔材料的制备方法多种多样。
其中，常用的方法包括溶胶-凝胶法、模板法、热分解法等。
溶胶-凝胶法是通过混合溶液中的溶胶和凝胶聚合物，在适当的条件下形成有序的结构。
此方法制备的材料孔隙结构均匀，比表面积较大，可以提高储氢性能。
模板法是在某些特殊模板的指导下，通过沉积形成孔隙结构。
这种方法制备的材料孔隙大小和形状可以根据模板的选择进行调控，从而获得具有特定孔隙性质的多孔材料。
热分解法是通过在高温条件下分解有机物或无机物，形成具有高孔隙度和孔径分布的多孔材料。
这种方法制备的多孔材料具有较高的比表面积和较大的微孔体积，可以提高氢气的吸附性能。
其次，多孔材料的储氢性能与其孔隙结构密切相关。
孔隙结构包括孔隙大小、孔隙分布和孔隙形态等。
研究发现，材料的孔隙大小对其储氢性能有重要影响。
当孔隙大小适中时，可以提高材料的氢气吸附量和释放速度。
然而，孔隙结构过于密集或过于疏松都会影响储氢性能。
此外，孔隙分布也对储氢性能起着重要作用。
均匀的孔隙分布可以提高氢气在材料中的扩散速度，从而增加储氢容量。
而孔隙聚集或聚焦则会限制氢气的扩散，降低储氢性能。
此外，孔隙形态也是影响储氢性能的因素之一。
根据研究，呈片状的孔道结构有利于氢气的吸附和释放，而球形的孔隙结构则对储氢性能无明显影响。
最后，多孔材料的改性可以进一步提高其储氢性能。
常用的改性方法包括表面修饰、掺杂和复合等。
表面修饰是通过在多孔材料的表面引入一层功能性材料，改变材料的储氢性能。
例如，在铝合金的表面引入一层纳米级LaMgNi合金，可以显著提高铝储氢合金的储氢性能。
掺杂是将其他元素掺杂进多孔材料中，以调控其储氢性能。
例如，在碳材料中掺杂氮元素，可以增加材料的储氢容量。
镍基多孔材料的制备及其氢储存性能研究
镍基多孔材料的制备及其氢储存性能研究近年来，氢能作为绿色、清洁能源备受研究者和政府的关注。
然而，氢能源的大规模应用面临着一个重要问题，即如何高效、可靠地储存氢气。
传统的储氢材料存在很多问题，比如储氢量小、重量大、易爆等。
因此，寻找一种安全、高效的储氢材料是当前氢能研究的重点和难点之一。
在这种情况下，材料科学的研究引起了广泛关注。
本文主要讲述了一种新型材料——镍基多孔材料的制备及其氢储存性能研究。
一、镍基多孔材料的制备镍基多孔材料是一类具有高储氢性能的材料，通过调控材料的孔隙结构和表面性质，可以达到不同的储氢效果。
目前，制备镍基多孔材料的方法主要有两种，一种是模板法，另一种是直接合成法。
1.模板法模板法是指在模板的作用下，通过化学反应合成所需材料的过程。
模板法制备镍基多孔材料的基本步骤如下：（1）选择模板，通常选择的模板包括硅胶、聚苯乙烯等；（2）将模板放在所需材料的反应溶液中，利用溶液与模板表面的相互作用，将所需材料沉积在模板的表面上；（3）在模板中去除模板，可得到具有多孔性的材料。
2.直接合成法直接合成法是指在一定条件下，将反应物直接混合制备所需材料的过程。
这种方法简单、高效，但对反应条件要求较高。
通常的制备方法包括高温合成、溶液合成等。
二、镍基多孔材料的氢储存性能研究镍基多孔材料的氢储存性能主要通过储氢量、储氢速率和储氢温度等方面来进行研究的。
1.储氢量储氢量是指单位质量材料可以吸氢的量。
目前，制备出的镍基多孔材料的储氢量已经达到了4.5wt%以上，这已经接近美国能源部规定储氢材料的标准。
虽然距离商业应用还有一定的差距，但已经有了较大的进展。
2.储氢速率储氢速率是指单位时间内储存的氢气量。
镍基多孔材料的储氢速率一般较低，这与储氢量较高的特点有关。
为了提高储氢速率，可以采用多种方法，如利用催化剂、改进材料微观结构和表面性质等。
3.储氢温度储氢温度是指材料在一定温度下，能够吸附的氢气分压力。
镍基多孔材料的储氢温度一般较低，在大气压下一般在-196℃以下。
储氢材料的研究与发展前景
储氢材料的研究与发展前景储氢材料是指能够将氢气吸附、储存并释放的材料。
随着氢能源的逐渐兴起和应用需求的增加，储氢材料的研究与开发已经成为当前材料科学与能源领域的热点之一、本文将重点讨论储氢材料的研究现状和发展前景。
目前，储氢材料主要分为三类：压缩氢、液化氢和吸附储氢。
其中，压缩氢和液化氢具有较高的储氢密度，但受到成本高、储运不便等限制。
吸附储氢则是当前研究重点，主要包括金属有机骨架材料（MOFs）、多孔有机聚合物（POPs）、碳纳米材料等。
这些材料通过氢与其孔隙内的空气发生相互作用，从而实现储氢效果。
在储氢材料的研究中，目前的重要挑战之一是提高储氢容量。
主要手段包括改进材料孔隙结构、增加储氢位点等。
例如，研究人员通过调控金属有机骨架材料的孔隙结构，成功提高了储氢容量。
此外，一些新型的材料如氮化硼、石墨烯等也被引入到储氢材料的研究中，以期获得更高的储氢密度。
另一个重要的研究方向是提高储氢材料的储氢/释放速度。
目前，储氢材料的储氢/释放速度较慢，限制了其在实际应用中的效能。
为此，一些研究者提出了改变材料结构、研究催化剂等方法来加速储氢/释放过程。
然而，这些方法仍然需要进一步的研究和改进才能得到实际应用。
除此之外，储氢材料的稳定性和可再生性也是研究的关键问题。
由于储氢过程的反复循环，材料容易发生变形、损坏等问题，影响其储氢性能。
为此，研究者需要通过改进材料结构、探索新的合成方法等手段提高材料的稳定性。
另外，材料的可再生性也是未来研究的重要方向。
一些研究人员提出了利用太阳能等可再生能源进行储氢的方法，以期实现清洁和可持续能源的应用。
总之，随着氢能源的发展和应用，储氢材料将在多个领域发挥重要作用。
目前，研究者们正致力于提高储氢材料的储氢容量、提高储氢/释放速度、加强材料的稳定性，并不断探索新的材料体系和合成方法。
相信随着技术的发展与进步，储氢材料在氢能源领域的应用前景必将变得更加广阔。
氢气储存技术的研究进展
氢气储存技术的研究进展随着能源需求的增长和环境污染的加剧，氢气能作为一种绿色、清洁的能源被广泛研究和应用。
在氢气能的应用过程中，储存技术起到至关重要的作用。
本文将概述氢气储存技术的研究进展，同时分析其存在的问题和未来发展趋势。
一、氢气的储存方式氢气的储存方式主要有物理吸附、化学吸附、压缩和液态储存四种方法。
1. 物理吸附物理吸附是将氢气吸附在材料表面，并在合适条件下释放的方法。
常用材料包括活性炭、金属有机骨架、多孔聚合物等。
物理吸附储氢具有热力学稳定性高、储氢能力强、可逆性好的优点，但存在吸附量低、放量慢、温度影响大等缺点。
2. 化学吸附化学吸附是利用吸附剂与氢气反应生成化合物，然后再在合适条件下释放氢气的方法。
化学吸附储氢具有储氢密度高、放氢速率快、可逆性好的优点，但存在吸附剂使用寿命短、泄漏易发等缺点。
3. 压缩储存压缩储存是将氢气压缩到高压容器内，以提高其储存密度的方法。
常用的压缩储存方式包括低压压缩储存和高压压缩储存。
压缩储存具有成熟可靠、储氢密度高、使用寿命长的优点，但存在能耗大、安全性低等缺点。
4. 液态储存液态储存是将氢气液化存储的方法，可提高氢气的储存密度。
液态储存具有储氢密度高、放氢速率快的优点，但存在能耗大、保温要求高等缺点。
二、氢气储存技术的研究进展随着氢气储存技术的发展，各种新型储氢材料和储存方法不断涌现，取得了一系列重要的研究进展。
1. 基于金属有机骨架的物理吸附储氢技术近年来，基于金属有机骨架的物理吸附储氢技术备受关注。
金属有机骨架是一种多孔晶体材料，其高度可调的孔径大小和表面特性使得其在储氢领域具有巨大潜力。
研究表明，金属有机骨架可以通过多种方式改进其储氢性能，如增加表面积、优化孔结构和控制表面性质等。
这些进展为提高物理吸附储氢材料的储氢密度和储氢能力提供了新途径。
2. 研究揭示氢气化学吸附机理近年来，科学家们不断深入研究氢气化学吸附机理，以提高其储氢性能。
一个重要的突破是发现了一系列新型吸附剂，如桂皮酸铅、改性碳纳米管等。
氢气在杂化多孔碳材料中的储存性能研究
氢气在杂化多孔碳材料中的储存性能研究现代社会对清洁能源的需求日益增长，氢能作为一种环保、可再生的能源形式备受瞩目。
然而，氢气的储存和运输一直是限制其广泛应用的关键问题之一。
近年来，材料科学领域开始探索氢气在各种载体中的储存性能，其中杂化多孔碳材料因其独特的结构和性质备受关注。
杂化多孔碳材料是由碳材料和其他物质（如金属、氧化物等）混合制备而成的一类新型材料。
其具有高比表面积、优良的导电性和循环稳定性等特点，被认为是一种理想的氢气储存材料。
本文通过对氢气在不同类型杂化多孔碳材料中的储存性能进行研究，旨在揭示其储氢机理、优化结构设计，并提出未来发展方向，为氢能技术的进一步应用提供理论支持。
首先，本文将介绍氢能作为清洁能源的重要性，以及目前氢气储存技术存在的挑战。
随后，将对杂化多孔碳材料的制备方法和结构特点进行详细阐述，包括原位合成、后修饰等工艺。
接着，本文将系统分析不同类型杂化多孔碳材料在氢气储存过程中的性能表现，包括吸附/脱附动力学、储氢容量、循环稳定性等方面。
在研究深入的同时，本文还将探讨影响杂化多孔碳材料储氢性能的关键因素，如孔隙结构、表面官能团等，以期为实验设计和材料改进提供有效方向。
此外，本文还将对比分析杂化多孔碳材料与其他传统氢储存材料的优缺点，展望未来杂化多孔碳材料在氢能领域的发展前景。
综合以上内容，可以得出结论：杂化多孔碳材料在氢气储存领域具有广阔的应用前景，其研究将为推动氢能技术的发展做出重要贡献。
然而，值得注意的是，杂化多孔碳材料的研究仍处于起步阶段，有待进一步深入研究和工程化应用。
希望本文的研究成果可以为相关领域的科研工作者提供借鉴和启示，共同推动氢能技术的发展，为构建清洁、绿色的能源未来贡献力量。
聚合物材料在高压氢气储存中的应用研究
聚合物材料在高压氢气储存中的应用研究随着科技的不断进步，高压氢气储存技术已经成为一种重要的能源存储手段。
然而，由于氢气的特殊性质，常规的储氢材料往往存在着密度较低、储氢能力有限、安全性差等问题。
因此，通过改变储氢材料的结构和性质，开发新型高效的储氢材料已成为当前研究的一个热点。
聚合物作为储氢材料的一种，具有很好的前景。
其在高压氢气储存中的应用研究也越来越受到广泛关注。
在下面的文章中，将介绍聚合物作为高压氢气储存材料的特点和研究进展。
一、聚合物储氢材料的特点聚合物储氢材料具有以下的特点:1.密度高由于聚合物的分子量很大，分子间的交联作用也很强，使得其密度很高，可以存储更多的氢气。
2.可调性好聚合物的配方可以根据需要调整，可以灵活的改善聚合物的储氢性能，同时也可以满足不同领域的应用需求。
3.安全性高聚合物的结构稳定，不会在储存和释放氢气的过程中产生放热或其他危险性质，具有较高的安全性。
4.可制备性强聚合物的制备工艺相对简单，生产成本低，可以批量生产，适合工业化应用。
二、聚合物储氢材料的研究进展目前，聚合物储氢材料的研究主要集中在以下几个方向。
1.聚合物材料中合适的基团筛选聚合物的储氢性能与其分子中的基团密切相关。
因此，通过筛选适合的基团构建聚合物材料是提高储氢性能的重要途径。
例如，一些研究人员开发出了一类叫做FuLent-TvL的聚合物材料，在室温下可以吸附、储存大量的氢气，这是因为这种材料中含有可吸附氢气的多个基团。
2.改善聚合物材料的透气性聚合物材料在储存和释放氢气的过程中，需要具有良好的气体渗透性。
研究人员通过调整聚合物材料的孔隙率和孔径大小来改善其透气性，以提高材料的储氢性能。
3.开发新型的聚合物材料除了改善已有聚合物材料的性能外，开发新的聚合物材料也是提高储氢性能的一种重要途径。
最近，许多研究人员探索了一些新型的聚合物材料，例如金属有机骨架和共轭聚合物等，这些材料具有更高的储氢能力和更好的循环稳定性，有望在未来应用于储氢。
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基金项目:国家自然科学基金(批准号:20774032);华中科技大学校科学研究基金(批准号:20073017);作者简介:梁丽芸(19732),女,讲师,主要从事高分子材料的研究;3通讯联系人,T el :027*********,E 2mail :bien.tan @.综 述多孔聚合物贮氢材料的研究进展梁丽芸,李步怡,陈 冰,周 壁,陈可平,谭必恩3(华中科技大学化学与化工学院材料化学与服役失效湖北省重点实验室,武汉 430074) 摘要:微孔聚合物由于具有较高的比表面积,因此可用作物理吸附贮氢材料。
本文通过比较011MPa 、77K下自具微孔聚合物、超交联聚合物等多孔聚合物与其它多孔贮氢材料(如碳材料、金属有机网络等的贮氢性能,阐述了比表面积、孔尺寸及孔形貌、与氢气的作用力等因素对多孔聚合物贮氢量的影响,由于合成超交联聚合物的单体多且孔形貌容易控制,因此超交联聚合物成为具有发展潜力的贮氢聚合物。
关键词:微孔聚合物;自具微孔聚合物(PI Ms );超交联聚合物(HCPs );贮氢性能随着石油资源的日益短缺,寻求传统交通工具的替代能源成为解决这一问题的手段之一。
氢具有清洁、来源丰富、密度小和单位重量提供的能量大等优势,使氢能源汽车具有潜在的发展前景。
而氢能的安全、高密度贮存成为解决氢能实际使用的问题关键[1]。
美国能源部(Department of Energy ,DOE )的发展目标是:至2010年,贮氢材料的贮氢量必须达到615%(wt )(重量比)和45g ΠL (重量Π体积比)。
在交通工具有限的空间内使贮氢材料的贮氢量达到这个目标值具有很大的技术挑战。
目前用于贮存氢气的方法可分为:(1)压缩氢气;(2)液氢;(3)吸附贮氢三种方法。
压缩氢气及液氢是氢气分别通过高压(70MPa )处理及低温(2013K )处理获得。
吸附贮氢材料可分为:化学吸附和物理吸附两大类,前者主要是金属氢化物如:NaAlH 4[2]、MgH 2[3]和化学氢化物[4](chemical hydrides )等;而后者主要是多孔材料,如:多孔聚合物、碳材料[5,6](如纳米碳管[7]、活性炭[8]等)、沸石[9]、金属有机网络(metal 2organic framew orks ,M OFs )[10]等,以上材料各自面临的工程问题不同,但在高温和低压(温度>77K 和压力<7MPa )的条件下研究贮氢性能受到了更多的关注。
除了最早在适中条件下(室温和1112MPa )研究的石墨纳米纤维[11]之外,另有在适中条件下(压力为011MPa ,温度从室温～673K )研究的分别掺杂Li 和K 的纳米碳管(C NT ),贮氢量分别达到了20%(wt )(673K )和14%(wt )(室温),但这些结果受到了其它研究小组的质疑[12]。
最近发展起来的M OFs [13]和多孔聚合物等也用于低压条件下的贮氢研究。
多孔聚合物作为物理吸附贮氢材料是最近几年发展起来的,由于其具有较高的比表面积,且聚合物分子链主要为密度较轻的元素C 、N 、O 、H 组成;相比活性炭、纳米碳管等碳材料和M OFs 而言,在碳链中引入各种官能团比较容易,且热稳定性好,因而成为了一种新型的,且具发展潜力的贮氢材料。
本文综述了多孔聚合物的发展近况及其贮氢性能与结构之间的关系,为发展多孔聚合物成为理想的贮氢材料提供一些思路。
1 多孔聚合物贮氢材料目前已经用于贮氢研究的合成聚合物并不多,最早研究的是导电聚合物—聚苯胺、聚吡咯。
Cho 等在2002年的ACS 224th 国际会议上报道了聚苯胺和聚吡咯经过简单的盐酸处理,获得贮氢量分别高达6%(wt )和8%(wt )(913kPa ,298K )[14]的结果。
但该结果并未能得到其它研究小组的重复[15],后来Cho 等又在2007年发表文章解释了聚苯胺和聚吡咯具有较高贮氢量的原因[16]。
最近Fréchet研究小组将聚苯胺用双碘代烷或多聚甲醛进行超交联处理,获得了比表面积超过630m2Πg的多孔超交联聚苯胺[17],虽然具有较高的氢气吸附热(913k JΠm ol),比超交联聚合物(hypercrosslinked polymers,HCPs)和M OFs的吸附热(一般范围在4～7k JΠm ol)要高,但由于比表面积较小,该物质在77K和011MPa下的贮氢量仅为0172%(wt)。
另有报道醇基聚合物(alcohol2based polymers)贮氢的实验,该实验是用等离子体诱导丁醇释放出氢离子(H+),氢离子被聚乙烯捕获,释放时需要使用电极(阴极)来获得氢气。
这是一种不同于其它贮氢聚合物的贮氢方法,氢气是以离子的状态贮存的[18],但该文并没有提供聚合物贮氢量的数据。
最近研究较多且具应用前景的是多孔聚合物:自具微孔聚合物(polymers of intrinsic microporosity, PI Ms)、HCPs和共轭微孔聚合物(conjugated microporous polymers,C MPs)等。
PI Ms是靠自身的刚性和分子空间旋转结构获得微孔的一类特殊的聚合物。
目前用于贮氢研究的具有自具微孔结构的聚合物有:PI M21、PI M27、H AT N2PI M、CTC2PI M、P orph2PI M、Trip2PI M,它们都是含二氧杂环己烷单元的不溶性聚合物[19]。
其中Trip2PI M的比表面积和贮氢量最大,分别为1050m2Πg和1163%(wt) (77K和011MPa),而且孔的直径只有017nm,具有微孔结构[20]。
图1 多孔聚合物的网络结构a T rip2PIM[20];b HCP(1)[21];c HCP(2)[22]Figure1 Netw orks of microporous polymersa T rip2PIM[20];b HCP(1)[21];c HCP(2)[22] 而HCPs是另一类比表面积超大的微孔聚合物,是目前具有最高比表面积的聚合物,比表面积可达2090m2Πg[23]。
HCPs的合成方法有两种,一种是以氯甲基苯乙烯(VBC)为单体与交联剂二乙烯基苯(DVB)进行交联获得前体,再经傅2克(Friedel2Crafts,F2C)反应获得具有超交联结构的聚合物网络[21,23],这种合成方法的优点是可通过控制交联剂与单体的配比,获得不同的比表面积[21,24]。
另一种合成方法是将芳环上含有两个氯甲基的单体(或多个类似结构的单体混合后)经傅2克反应一步合成[22]。
该法用到的单体如图2所示,利用这些单体合成了DCX(二氯甲基苯乙烯)、BC M BP(4,4′2二氯甲基21,1′2联苯)和BC M A(二氯甲基蒽)的均聚物和共聚物,其中获得的BC M BPΠp2DCX共聚物,是目前多孔聚合物中贮氢量最高的,为1183%(wt)(77K和011MPa)和3168%(wt)(77K和115MPa)[22]。
目前研究的C MPs[25]只有聚乙炔撑芳基化合物(poly(aryleneethynylene),PAE),但由于PAE聚合物的比表面积和孔体积都还比较低,其中以C MP21为单体获得的聚合物最大比表面积和孔体积也仅为834m2Πg和0133cm3Πg,其对气体的吸附热力学行为与C OF21类似,但单体C OF21为结晶结构而C MP21则为无定形结构。
这些多孔聚合物与多孔的活性炭、沸石、共价有机网络(covalent organic framew orks,C OFs)[26]、M OFs等多孔材料一样,除了可以吸附气体之外,还可以用于催化剂载体、分子分离等领域[27,28]。
由于一步法合成的HCPs多孔聚合物可选用的单体很多,且是目前贮氢量最大的合成聚合物,合成方法简单可行,因此使得HCPs成为很有发展潜力的贮氢材料。
图2 一步法HCPs的合成单体Figure2 M onomers of one step synthesis of HCPs211 影响多孔聚合物贮氢性能的因素多孔聚合物贮氢属于物理吸附,因此其贮氢量受到比表面积、孔尺寸及孔形貌、与氢气的作用力等因素的影响。
这几种因素是相互促进并相互制约的,因此要提高多孔聚合物的贮氢量,单独去考虑其中的一个因素都是不理想的,要获得较高的贮氢量,则三个因素必须处在相对适中的值。
(1)比表面积 实验研究数据表明,传统的多孔材料(炭黑、活性炭、沸石)的贮氢量与比表面积之间是呈线性关系的,即提高比表面积可以提高贮氢量[6,9,29]。
多孔聚合物也是如此,从图3看,PI Ms(a、b、c、d、e、f)和HCPs(g、h、i)的比表面积在一定范围内与贮氢量的关系也成正比关系(图中直线为拟合直线),因此提高比表面积是提高贮氢量的必要条件[29]。
图3 011MPa及77K下多孔聚合物的比表面积及贮氢量的关系a PIM21,b PIM27,c H AT N2PIM,d CTC2PIM,e P orph2PIM,f T rip2PIM,g HCP(1),h HCP(2),i HCP(3)Figure3 The relationship of surface area and hydrogen uptake at011MPa@77Ka PIM21,b PIM27,c H AT N2PIM,d CTC2PIM,e P orph2PIM,f T rip2PIM,g HCP(1),h HCP(2),i HCP(3)提高多孔聚合物比表面积,寻求新的聚合单体是关键,BC M BPΠp2DCX共聚物就是一个很好的例子;除此之外,还可以通过调节交联剂的用量来获得更多的比表面积和贮氢量,如Fréchet和Svec研究小组通过改变交联剂的用量为单体总量的312%(wt)和8515%(wt),分别获得胶状(gel2type)的和大孔的聚合物,比表面积分别为1930m2Πg(贮氢量为115%(wt))和1300m2Πg[24](77K和011MPa)。
另有C ooper研究小组降低交联剂用量为单体总量的210wt%,合成得到的HCP的比表面积和贮氢量分别为1466m2Πg和1127% (wt)(77K和011MPa)[21],可见,通过深入探讨,完全可以获得一个合适的交联剂Π单体配比来获得较大比表面积的HCPs。
但有研究表明,在一定的压力下,当比表面积增加到一定的值之后贮氢量不会再随着比表面积的增加而增多,因此提高材料的贮氢密度是突破贮氢量受比表面积限制的根本解决途径。
(2)孔尺寸及孔形貌 Nijkam p等在研究活性炭和沸石的贮氢性能时,第一次提出了孔尺寸及形貌对物理吸附的重要性[9]。