河北富氧活性炭的储氢能力

　　富氧活性炭的储氢能力

　　富氧活性炭的储氢能力已被广泛研究用于储氢，但到目前为止，它们的储存能力似乎有上限。在这里，为了避免这个上限，我们研究了富氧活性炭的能力。本文介绍了醋酸纤维素制成的活性炭，结合各种优点，具有高表面积和孔隙体积，其自身孔隙几乎完全具有微孔特性(微孔含量超过90%)，具有富氧特性。

　　氢作为机动车辆中的汽油燃料，具有一定的吸引力，作为氢经济的一部分。与目前使用的化石燃料相比，氢作为燃料具有更有利的优势，包括潜在的可再生和对环境友好性（氢燃烧或电化学氧化的**副产品是水，这将减少CO2排放)，以及具有高重量能量密度。然而，氢作为一种可行的车辆燃料，在运输和应用中存在一些问题。因此，储存固体材料中的氢是更好地使用氢的关键。氢吸收的*重要因素是表面积、孔体积和孔径。特别是储存在活性炭氢量之间的链路。然而，储存在活性炭中的氢的量仍然受到分子氢与孔壁表面之间弱相互作用的限制。理想的活性炭储氢材料具有与吸附氢分子储存相互作用的高表面积。

　　因此，在本研究中，我们利用活性炭前体的类型与*终活性炭的性质之间的关系来生成一组具有高表面积、高水平微孔率、高氧含量和相似孔径的多孔碳。并研究了富氧活性炭的特性及其吸氢性能，并将其与其它材料进行了比较。为了探测表面氧对活性炭氢吸收性能的影响，我们设计了活性炭合成方法来生成高氧含量的材料。因此，我们使用醋酸纤维素，它被称为CA(并且具有0.93的O/C原子比)作为起始材料，而不是0.83的O/C比纤维素。

　　多孔活性炭

　　合成富氧活性炭，石墨化水平低。活性炭显示孔隙率主要来自微孔高水平，用作储氢材料是有用的。利用氮吸附分析检测活性炭的孔隙率。如图1所示a所示。所有三个样品都显示了通常从微孔材料中获得的I型等温线。活化温度从6000开始℃变化到700℃，吸附氮量（碳中孔隙率）显著增加，然后在800℃样品下降。然而，等温线的形状几乎没有变化，这表明尽管孔隙率大大增加，但仍保持微孔的水平。活性炭增加的总孔隙率通常与等温线形状的变化有关，特别是加宽吸附。

　　活性炭的孔隙率。活化碳标记为CA-4T，其中4是活化KOH/碳比，T是活化温度。氮吸附等温线显示(a)以及相应的孔径分布曲线(b)。

　　活性炭的氢储存能力

　　活性炭中的氢储存需要具有*大表面积和适当尺寸的孔。在-196和25℃使用重量法HidenXEMIS在0-30巴的压力范围内研究活性炭的储氢能力。图2显示了活性炭在-196℃过量和总氢吸收等温线。对于所有CA-4T氢吸收是可逆的，没有滞后，在0-30巴的压力范围内没有饱和。首先，我们注意到1巴的氢吸收非常令人印象深刻.1-3.9wt在%的范围内。这种储氢比任何在2-3重量%范围内的报告高得多。我们将这种特别高的吸收特性归因于非常高的微孔表面积和富氧表面的组合，特别是3.9重量%的活性炭样品CA-4700。富氧表面的作用是活性炭样品CA-4600，虽然总表面积和微孔表面适中，但其吸收率仍远高于以前发现的活性炭材料。研究发现，有氧官能团的活性炭效果预计在低压下*大，氢与表面的相互作用比在高压下更重要，氢通过空间填充机制更有可能被吸收。

　　-196℃过量的活性炭和总氢吸收。

　　利用醋酸纤维素的水热碳化产生水合物，在活化过程中产生富氧活性炭。这种活性炭表观面积很高，表面积大部分，微孔产生率达到92%。活性炭只有一小部分大于2纳米的孔。通过IR和XPS氧官能团已被证实(COOH，C-OH和O-C=O)的存在。与其他前体（如纤维素、木质素、锯末、淀粉等）制成的活性炭进行比较分析，表明醋酸纤维素衍生的活性炭富含氧气和高微孔。活性炭在-196°C重量储氢能力增强，高达8.1wt%(总吸收)和7.0wt20巴(过度吸收)在30巴下升至8.9wt%(总吸收)和7.2wt%(过度吸收)。活性炭在室温下也表现出优异的氢吸收。这些足以证明富氧活性炭优秀的储氢能力。