课程论文储氢材料概述Hydrogen storage material in the paper作者姓名：关体红年级专业： 2010 级应用化学课程名称：化工实用技术学号： 20105052006指导教师：许东利完成日期： 2012-06-15成绩：信阳师范学院Xinyang Normal University目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Keywords (1)引言 (1)1 碳基储氢材料 (2)1.1活性炭储氢 (2)1.2 碳纤维储氢材料 (3)1.3 碳纳米管储氢材料 (3)1.4 碳化物的衍生物作为储氢材料 (4)2 有机物储氢材料 (4)3 储氢合金 (5)3.1 镁系 (5)3.2 稀土系 (6)3.3 钛系 (6)3.4 锆系 (6)3.5 V基固溶体储氢合金 (6)4 配位氢化物储氢材料 (7)结束语 (7)参考文献 (8)信阳师范学院化学化工学院学年论文储氢材料概述学生姓名：关体红学号：20105052006化学化工学院2010级应用化学课程名称化工实用技术摘要：氢能是21世纪主要的新能源之一。
作为一种新型的清洁能源 ,氢的廉价制取、安全高效储存与输送及规模应用是当今研究的重点课题 ,而氢的储存是氢能应用的关键。
储氢材料能可逆地大量吸放氢 ,在氢的储存与输送过程中是一种重要载体。
本文综述了目前研究最广的四大类储氢材料：碳基储氢材料、有机物储氢材料、储氢合金、配位氢化物储氢材料。
关键词：储氢；碳基；有机液体；储氢合金；配位氢化物Hydrogen storage material in the paperAbstract：In the 21st century, the hydrogen is one of the major new energy. As a new type of clean energy, the cheap hydrogen production, storage and transportation safety and efficiency and scale of application is the key research subject, and hydrogen storage is the key of hydrogen application. Hydrogen storage material can absorb a large reversibly put hydrogen, in hydrogen storage and transport process is a kind of important carrier. This paper summarized the present study is the most extensive four categories of hydrogen storage material: carbon hydrogen storage material and organic hydrogen storage material, hydrogen storage alloy, coordination hydride hydrogen storage material.Keywords：Hydrogen storage; Carbon; Organic liquid. Hydrogen storage alloy; Coordination hydride引言人类进入21世纪，节能环保不再只是一句口号。
随着能源紧张与环境污染问题的日益凸显，新能源和清洁能源的开发利用受到人们越来越多的关注。
在众多新能源中，氢能被人们寄予了厚望。
储氢材料概述相对于传统化石能源来说，氢能的优势显而易见。
首先，氢的来源丰富，储量巨大，海水中就蕴藏着大量的氢元素；其次氢的燃烧性能优越，热值高，燃烧1千克氢能放出142120千焦的热量，相当于汽油的三倍；最后，氢燃烧后生成的是水，并不污染环境，特别符合环保理念。
所以，氢能又被称为本世纪最有前途的绿色能源之一。
然而，氢能的开发利用并不如想象中简单，它还需要克服种种技术难题。
氢是二次能源，自然界中并不存在可供开采的单质氢；而氢在常温常压是气体，密度很低，这使得单位体积氢的能量很低，仅相当于天然气的1/3，汽油的1/3000；氢分子体积小，很容易逃逸；氢容易发生爆炸，存在安全隐患。
氢的特性使得氢能利用面临困难，解决困难，氢才能走进千家万户。
氢能体系主要包括氢的生产、储存和运输、应用3个环节。
而氢能的储存是关键，也是目前氢能应用的主要技术障碍。
氢气可以被储存，但是很难被高密度地储存，这直接制约了氢能的开发利用。
未来氢能的发展将离不开储氢技术的提高，也离不开储氢材料的广泛应用。
但氢能的开发利用不是一件容易的事,它需要解决两个关键性的问题:氢气的制取和氢气的储存。
本文主要是对氢气的储存就近年的研究成果做出了一个较详细的概括,即对储氢材料的发展概况的总结。
就储氢材料的发展方向而言,大致可分为碳基储氢材料、有机物储氢材料、金属合金系列储氢材料和配位氢化物储氢材料四大类,本文将就这四类的储氢材料做逐一的介绍。
1 碳基储氢材料1.1活性炭储氢Carpetis是最早研究在活性碳中吸附储存氢的学者,他在论文中第一次提到将低温吸附剂运用到大型储氢系统中,指出氢气在活性炭中吸附储存的容积密度和液态氢的容积密度相当。
当温度为78K和65K,压力为4.20·105Pa 时,氢气在活性炭上的储氢质量分数分别为6.37%和7. 58% [ 1]。
但是普通活性炭储氢,即使在低温下储氢量也达不到质量分数1%,对氢气的储存能力不太明显,只是活性炭便宜且容易制得。
周理等用比表面积3000m2/g,微孔容积1.5mL/g的超级活性炭, 在- 196。
C，3MPa下储氢量达到质量分数5%。
但随温度提高,储氢量越来越低[ 2]。
詹亮等用高硫焦制备了一系列的活性炭,研究表明氢在超级活性炭上的储存量,在较低压力下随压力升高而显著增加;在较高压力下,活性炭的比表面积对其影响较为明显。
在293K/5MPa，4K/6MPa下,超级活性炭上的储氢质量分数达1.90% , 9.80%[ 3]。
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信阳师范学院化学化工学院学年论文到63kg/m3, 质量分数6.50%。
从已有的应用研究证明,各种分子筛和超级活性炭均达不到DOE的要求[ 4]。
1.2碳纤维储氢材料碳纳米纤维表面具有分子级细孔,内部直径大约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[5]。
石墨纳米纤维由含碳化合物经所选金属颗粒催化分解产生。
Chambers等用鲱鱼骨状的纳米炭纤维在12MPa,25℃下竟然得到的储氢质量分数为67%,但至今无人能重复此结果。
最近Angela 等人报道了进行各种预处理的石墨纳米纤维, 在预处理阶段具有显著的储氢水平。
最好的预处理能导致在7.04MPa和室温下储存氢气的质量分数为3.80%[6]。
范月英等用纳米炭纤维于12MPa, 25℃下储存了质量分数13.60%的氢气[7]。
毛宗强等用自制的碳纳米纤维在特制的不锈钢高压回路中进行了吸附储氢的验证实验,发现在室温条件下,经适当处理的碳纳米纤维的储氢能力最高可达9.99%[8]。
螺旋形炭纤维是20 世纪90年代初日本的Mo-tojima等以镍作催化剂,采用催化热解乙炔方法制备而得并能很好地重复[ 9]。
螺旋炭纤维由于具有不同手性的特殊螺旋结构(手性材料的最大特点是具有电磁场的交叉极化性能) ,从而使其有可能在储能材料、微电子器件、电磁波吸收剂等诸多领域得到应用。
螺旋炭纤维的质量储氢容量为 1.90%, 明显高于平直炭纤维的重量储氢容量的1.24% ,分析其原因也可能是由于平直炭纤维的外层无定形炭( 较小的石墨微晶)破坏了利于储氢的“碳岛结构”；而螺旋的外层较有序的石墨微晶结构加以适当的缺陷会利于“碳岛”结构发挥作用[10]。
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管。
虽然各国学者对碳纳米材料的储氢研究都刚刚开始, 但关于这方面的研究已经有很多报道，不过后来的实验证明不然。
例如,Tibbetts和他的同事声称,任何报道的储氢质量分数高于1%的,都是由于实验中的错误所致。
这个结论被Shiraishi和其共事者所支持, 他们报道说氢的储存质量密度只有0.30%；Kajiura等人报道最大的储氢能力为0.43%。
理论的研究也证明在纯的CNT中通过物理吸附获得高的储氢量是不可能的。
最近,两个理论组已经表明涂覆在碳的富勒烯和 CNT上的金属原子,像S和Ti,能以分子形式以0.50eV/H2分子的结合能和用高于8%的质量分数结合氢,与10多年前Niu等人所证明的相似[11 ]。
国内外众多学者还将纳米碳管与金属粉末及添国内外众多学者还将纳米碳管与金属粉末及添加剂混和后压制成电极, 采用恒流充放电实验来测定纳米碳管的电化学储氢储氢材料概述性能。
最早对单壁纳米碳管和多壁纳米碳管的电化学储氢特性的研究, 所测定的单壁纳米碳管电极的最大比电容量为100mA·h/g,对应的储氢质量分数是0.39%。
Qin等人测定的多壁纳米碳管和镍粉混合制成的电极的比电容量达到了200mA·h/g。
最近Shichun等人又报道了通过等离子体技术增加碳纳米管的缺陷更有助于储氢,而且,使用Pd改性内部含缺陷的碳纳米管储氢, 能够进一步改进氢的储存和加速氢的吸收[12]。
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。
1.4 碳化物的衍生物作为储氢材料碳化物的衍生物(CDC)由碳化物的高温氯化制得。
几年前就研究了氢在两个CDC 材料中的储存,发现了它是很有潜力的。
现已证明,用孔尺寸可调的多孔的纳米CDCs,特殊的表面积达到了2000m2/g ,孔体积达到了1cm3/g,在0.1MPa,77 K下,可用作储氢材料,其氢的存储质量分数达到3%[13]。
尽管对碳基储氢材料的研究已经有很大进展,但研究人员们仍在继续探索,最近通过分子模拟预测了一种叫做石墨化的碳倒转蛋白石(GCIO)[14],它是一种新型的碳质材料,在室温下能够表现极好的吸氢特性。