碳质材料储氢

碳质储氢材料主要有超级活性炭吸附储氢和纳米碳储氢。

碳纳米管（CNT）是日本NEC公司于1991年在电弧蒸发石墨电极的实验中意外发现的。根据管壁碳原子的层数不同，碳纳米管可分为单壁纳米碳管（SWNT）和多壁纳米碳管（MWNT）。SWNT的管壁仅由一层碳原子构成，直径通常为1～2 nm，长度为十几纳米，MWNTS是由2～5层同轴碳管组成，内径为2～10 nm，外径为1～30 nm，长度一般不超过100 nm，每层管上碳原子沿轴向成螺旋状分布。目前，制备碳纳米管的方法有：化学气相沉积（CVD）法、石墨电弧放电法、催化分解法、激光蒸发石墨棒法、热解聚合物法、火焰法、离子（电子束）辐射法等。

对于氢原子如何进入碳纳米管，不少学者进行了大量的研究。普遍认为氢原子是进入CNT两端的开口部位，其具有储氢能力可能是吸附作用的结果。但是，对于CNT储氢机理的研究存在较大的差异。CNT储氢行为的本质究竟是化学吸附或物理吸附，还是两种吸附共存，还存在争议。氢气在常温下是一种超临界气体如果材料的表面不能改变其与氢分子间范德华的作用力，那么超临界气体在任何材料上的吸附只能是材料表面上的单分子层覆盖。大量系统的实验数据和基于吸附理论的分析，得出了氢在碳纳米管上的吸附不是由某种未知的机制决定，而是服从超临界气体吸附的一般规律的结论。

超级活性炭储氢是在中低温（77～273 K）、中高压（1～10 MPa）下利用超高表面积的活性炭做吸附剂的吸附储氢技术。与其他储氢技术相比，超级活性炭储氢具有经济性好、储氢量高、解吸快、循环使用寿命长和容易实现规模化生产等优点，是一种很具潜力的储氢方法。超级活性炭是一种具有纳米结构的储氢碳材料，其特点是具有大量孔径在2 nm以下的微孔。在细小的微孔中，孔壁碳原子形成了较强的吸附势场，使氢气分子在这些微孔中得以浓缩。但是，如果微孔的壁面太厚，将使单位面积的微孔密度降低，从而降低了单位体积或单位吸附质量的储氢量。因此，为增大超级活性炭中的储氢容量，必须在不扩大孔径的条件下减薄孔壁厚度。