富氧活性炭的儲(chǔ)氫能力

　　富氧活性炭的儲(chǔ)氫能力已被廣泛研究用于儲(chǔ)氫，但到目前為止，它們的儲(chǔ)存能力似乎有上限。在這里，為了避免這個(gè)上限，我們研究了富氧活性炭的能力。本文介紹了醋酸纖維素制成的活性炭，結(jié)合各種優(yōu)點(diǎn)，具有高表面積和孔隙體積，其自身孔隙幾乎完全具有微孔特性(微孔含量超過(guò)90%)，具有富氧特性。

　　氫作為機(jī)動(dòng)車輛中的汽油燃料，具有一定的吸引力，作為氫經(jīng)濟(jì)的一部分。與目前使用的化石燃料相比，氫作為燃料具有更有利的優(yōu)勢(shì)，包括潛在的可再生和對(duì)環(huán)境友好性（氫燃燒或電化學(xué)氧化的**副產(chǎn)品是水，這將減少CO2排放)，以及具有高重量能量密度。然而，氫作為一種可行的車輛燃料，在運(yùn)輸和應(yīng)用中存在一些問(wèn)題。因此，儲(chǔ)存固體材料中的氫是更好地使用氫的關(guān)鍵。氫吸收的*重要因素是表面積、孔體積和孔徑。特別是儲(chǔ)存在活性炭氫量之間的鏈路。然而，儲(chǔ)存在活性炭中的氫的量仍然受到分子氫與孔壁表面之間弱相互作用的限制。理想的活性炭?jī)?chǔ)氫材料具有與吸附氫分子儲(chǔ)存相互作用的高表面積。

　　因此，在本研究中，我們利用活性炭前體的類型與*終活性炭的性質(zhì)之間的關(guān)系來(lái)生成一組具有高表面積、高水平微孔率、高氧含量和相似孔徑的多孔碳。并研究了富氧活性炭的特性及其吸氫性能，并將其與其它材料進(jìn)行了比較。為了探測(cè)表面氧對(duì)活性炭氫吸收性能的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了活性炭合成方法來(lái)生成高氧含量的材料。因此，我們使用醋酸纖維素，它被稱為CA(并且具有0.93的O/C原子比)作為起始材料，而不是0.83的O/C比纖維素。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活性炭，石墨化水平低?；钚蕴匡@示孔隙率主要來(lái)自微孔高水平，用作儲(chǔ)氫材料是有用的。利用氮吸附分析檢測(cè)活性炭的孔隙率。如圖1所示a所示。所有三個(gè)樣品都顯示了通常從微孔材料中獲得的I型等溫線。活化溫度從6000開(kāi)始℃變化到700℃，吸附氮量（碳中孔隙率）顯著增加，然后在800℃樣品下降。然而，等溫線的形狀幾乎沒(méi)有變化，這表明盡管孔隙率大大增加，但仍保持微孔的水平。活性炭增加的總孔隙率通常與等溫線形狀的變化有關(guān)，特別是加寬吸附。

　　活性炭的孔隙率。活化碳標(biāo)記為CA-4T，其中4是活化KOH/碳比，T是活化溫度。氮吸附等溫線顯示(a)以及相應(yīng)的孔徑分布曲線(b)。

　　活性炭的氫儲(chǔ)存能力

　　活性炭中的氫儲(chǔ)存需要具有*大表面積和適當(dāng)尺寸的孔。在-196和25℃使用重量法HidenXEMIS在0-30巴的壓力范圍內(nèi)研究活性炭的儲(chǔ)氫能力。圖2顯示了活性炭在-196℃過(guò)量和總氫吸收等溫線。對(duì)于所有CA-4T氫吸收是可逆的，沒(méi)有滯后，在0-30巴的壓力范圍內(nèi)沒(méi)有飽和。首先，我們注意到1巴的氫吸收非常令人印象深刻.1-3.9wt在%的范圍內(nèi)。這種儲(chǔ)氫比任何在2-3重量%范圍內(nèi)的報(bào)告高得多。我們將這種特別高的吸收特性歸因于非常高的微孔表面積和富氧表面的組合，特別是3.9重量%的活性炭樣品CA-4700。富氧表面的作用是活性炭樣品CA-4600，雖然總表面積和微孔表面適中，但其吸收率仍遠(yuǎn)高于以前發(fā)現(xiàn)的活性炭材料。研究發(fā)現(xiàn)，有氧官能團(tuán)的活性炭效果預(yù)計(jì)在低壓下*大，氫與表面的相互作用比在高壓下更重要，氫通過(guò)空間填充機(jī)制更有可能被吸收。

　　-196℃過(guò)量的活性炭和總氫吸收。

　　利用醋酸纖維素的水熱碳化產(chǎn)生水合物，在活化過(guò)程中產(chǎn)生富氧活性炭。這種活性炭表觀面積很高，表面積大部分，微孔產(chǎn)生率達(dá)到92%?；钚蕴恐挥幸恍〔糠执笥?納米的孔。通過(guò)IR和XPS氧官能團(tuán)已被證實(shí)(COOH，C-OH和O-C=O)的存在。與其他前體（如纖維素、木質(zhì)素、鋸末、淀粉等）制成的活性炭進(jìn)行比較分析，表明醋酸纖維素衍生的活性炭富含氧氣和高微孔?；钚蕴吭?196°C重量?jī)?chǔ)氫能力增強(qiáng)，高達(dá)8.1wt%(總吸收)和7.0wt20巴(過(guò)度吸收)在30巴下升至8.9wt%(總吸收)和7.2wt%(過(guò)度吸收)?；钚蕴吭谑覝叵乱脖憩F(xiàn)出優(yōu)異的氫吸收。這些足以證明富氧活性炭?jī)?yōu)秀的儲(chǔ)氫能力。