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。