❖ 现在人们对碳纳米管的研究还处于初级阶段，至今不能 完全了解纳米孔中发生的特殊物理化学过程，即氢气吸 附机理和储氢行为，还无法准确测得纳米管的密度，即 应在储氢机理、化学改性和结构控制方面进行深入研究。
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５.金属化合物储氢
❖ 储氢合金：在一定的温度和压力条件下，一些合 金能够大量吸收氢气，反应生成金属氢化物同时 放出热量。将这些金属氢化物加热，它们又会分 解将储存在其中的氢释放出来。这些会吸收/释 放氢气的金属合金，被称为储氢合金。
❖ 活性炭作为特种功能吸附材料具有质轻，对少 量的气体杂质不敏感，并且原料丰富、比表面 积高、且可重复使用，微孔孔容大和容易进行 孔径控制、表面化学修饰和负载金属等优点。
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❖ 但从已有的应用研究证明，各种分子筛和超级活性炭均 达不到美国能源部要求（60kg/m3），近年来人们把研 究重点放在碳纳米管方面。
改变温度和压力条件可使反应按正向、逆向反复进 行，实现材料的稀释氢功能。
征
PCT曲线是储氢材料的重要特征曲线，它可反 映出储氢合金在工程应用中的许多重要特性，
(1) 可以了解金属氢化物中能含多少氢(%)和任一 温度下 的
分解压力值。
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（2）可以看出，金属氢化物在吸氢与释氢时，虽在同一温 度，但压力不同，这种现象称为滞后。作为贮氢材
第四章 贮氢材料
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❖
随着传统能源石油、煤的日渐枯竭，且石油、煤燃烧
产物CO2和SO2又分别产生温室效应和酸雨，使人类面临能源
和环境危机的双重挑战，寻找新的洁净能源已列入人们的议
事日程。
❖
氢是一种洁净能源，其燃烧值为1.43x108j/kg（煤
3×107J/kg 、煤气4.2×107J/Kg），氢能源系统作为一种
1. 做为保护气应用于电子工业中，如在集成电 2. 路、电子管、显像管等的制备过程中。 2. 在食品工业中，食用的色拉油就是对植物油进
行加氢处理的产物，植物油加氢处理后性能稳 定、易存放，且有抵抗细菌生长、易被人体吸 收之功效。
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3. 在合成氨工业中氢气是重要的合成原料之一。 4. 作为一种高能燃料，用于航天飞机、火箭等航天
7.2 wt.% H2
苯
环己烷
C7H8 ↔ C7H14
6.2 wt.% H2
甲苯
甲基环己烷
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❖ 一般反应前，先对H2进行加热处理，降至反应 温度。甲苯通过鼓泡方式与H2混合进入反应器中 反应。反应过程需要催化剂。
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４. 碳质材料储氢
❖ 碳质储氢是主要依据吸附理论建立起来的物理 储氢方法。包括活性碳和碳纳米管吸附储氢。 其吸附机理介于范德华力和化学键之间。
储氢合金吸收和释放氢的过程，最方便的表示方法
是压力—组成—等温（PCT）曲线。
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O一A: 为吸氢过程的第一步，金属吸氢，形成含氢固溶体；
A一B: 为吸氢过程的第二步，形成金属氢化物；
B点以后:为第三步，氢溶入氢化物形成固溶体，氢压增加。
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金属与氢的反应是一个可逆过程。 正向反应吸氢、放热，逆向反应释氢、吸热。
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❖ 储氢合金中，氢密度极高。金属氢化物的氢 密度与液态氢、固态氢的相当，约是氢气的 1000倍。
❖ 另外，一般储氢合金中，氢分解压较低，所 以用金属氢化物贮氢时并不必用耐压钢瓶。
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4.3 储氢合金的热力学原理
1 储氢过程 在一定温度和压力下，氢可与许多金属、合金和金属 间化合物生成金属固溶体MHx和 MHy,反应分三步进行:
储量丰富、无公害的能源替代品而倍受重视。
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❖ 如果以氢作为燃料，从原理上讲，燃烧后只能 生成水，这对环境保护极为有利。
❖ 氢作为一种气体来说，要作为新能源，还必须 解决氢的制备、储存和运输问题，寻找高效节能的 制氢方法和研制经济适用的储氢材料等。
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4.1 氢能开发
氢作为一种二次能源，其用途主要有几个方面:
行业及城市公共汽车中。目前, 我国已经开发 出以
压缩氢为燃料的城市公共汽车（清华大学）。 5. 氢被广泛的用于燃料电池中作为燃料。(储能高,
无污染)。
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在以氢作为能源媒体的氢能体系中，氢的 贮存与运输是实际应用中的关键。
贮氢材料就是作为氢的贮存与运输媒体而成为当 前材料研究的一个热点项目。
(1) 在合金吸氢的初始阶段形成固溶体（α相），合 金结构保持不变
M +x/2H 2 M H x
精品课件 MHx是固溶体
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（2） 固溶体进一步与氢反应生成氢化物（β相）
y 2xMxH H 2→ y2 -xMyH H
MHy是固溶体
生成热
（3）进一步增加氢压，合金中的氢含量略有增加
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2、金属氢化物平衡分解压与温度的关系
缩天然气、煤气技术相类似，只是由于氢的密度很
小、需要消耗的能量更多。对储氢容器材质要求高，
储存和使用安全性差，一般只用于实验室。目前已
作为被用于公交汽车。
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3 有机化合物储氢
❖ 有机化合物储氢主要是利用苯和甲苯的加 氢脱氢反应以达到吸放氢的目的，它们的储 氢密度高，但吸放氢工艺复杂。
C6H6 ↔ C6H12
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贮氢材料：在室温和常压条件下能迅速吸氢(H2) 或反应生成氢化物，使氢以氢化物的形式贮存起来， 在需要的时候，适当加温或减小压力使这些贮存着 的氢释放出来以供使用的材料。
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4.2 贮氢方法
贮氢方法大致分为5种：
液态贮氢 压缩贮氢 有机化合物贮氢 碳质吸附贮氢 金属化合物贮氢
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1 液态储氢
❖
即把氢气冷却到沸点以下成为液体加以存储。
由于氢气沸点极低(-252.77℃ )，所以，采用这种
方法储氢能耗大，成本高、储氢设备材质要求很高，
操作和使用条件苛刻，大都用于火箭、飞船和卫星
发射等高科技领域。
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2 高压储氢
❖
压缩储氢是最常用的氢气储存方式，氢气
被压缩后在气缸里以气体形式储存。这种技术和压
料， 滞后越小越好。
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3 吸储、放氢原理 改变温度和压力的条件,使反应正向或逆向进行 即可实现吸氢或放氢
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恒定温度：通过改变压力实现吸氢或放氢。将金属至于T1 温度，高于P1压力，金属会与氢反应生成氢化物，即金属 吸氢；低于P1的气氛中，氢化物发生分解释放出氢气。