電場作用對儲氫材料吸附氫氣的影響.pdf

1、當(dāng)今能源危機(jī)和環(huán)境污染是世界各國共同面臨的問題，在這一背景下，氫氣以儲量大、熱值高、效率高、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)成為了備受關(guān)注的新型能量載體。然而到目前為止，人們還沒有找到能夠高效大量儲存氫氣的存儲劑，并且氫氣安全輸送技術(shù)也還沒有得到很好的解決，因此尚未實(shí)現(xiàn)氫氣的廣泛應(yīng)用。盡管科研人員開發(fā)出了大量用于氫氣儲存的材料和設(shè)備，但效果都不理想。
　　活性炭和金屬有機(jī)框架(MOF)材料都是具有極高的比表面積的多孔材料，一直以來被認(rèn)為十分適合用

2、作氫氣存儲。但它們與氫氣的反應(yīng)都是典型的物理吸附，彼此之間僅依靠微弱的范德華力結(jié)合，吸附能力十分有限。本論文以活性炭和MOF為主要吸附材料，在外加電場的作用下研究了電場對多孔固體吸附材料儲氫性能的影響。研究結(jié)果表明，外加電場可以有效提高多孔固體吸附材料儲氫量。
　　實(shí)驗(yàn)首先考察了活性炭添加介電材料，即活性炭顆粒被介電層分離的情況下，電場作用對氫氣吸附的影響。以添加TiO2的活性炭作為研究對象，在無外加電場和外加電場存在條件下，分別

3、對TiO2/碳材料的氫氣吸附能力進(jìn)行測量。結(jié)果顯示，在外加電場作用下，吸附能力隨所合成吸附劑中TiO2納米顆粒含量增加而提高。不同電場對TiO2/碳材料氫氣吸附能力影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所合成的TiO2/碳體系的氫氣吸附能力隨著電場強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)出先增大再減小的趨勢。3000 V電壓下檢測到的漏電電流很好的證明了氫氣的離子化現(xiàn)象。
　　實(shí)驗(yàn)中還通過異相成核反應(yīng)將碳沉積在活性炭上合成了MOF/碳樣品，其介電常數(shù)隨樣品中活性炭含量提高而

4、增大。在選擇壓電材料作為吸附體系中電荷來源對MOF/碳樣品進(jìn)行氫氣吸附測量實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，PMN-PT所產(chǎn)生的電荷對吸附影響效果明顯。在含碳22％的樣品中，氫氣吸附量在8 MPa壓力下達(dá)到0.259％，比無電場條件下提高了31.5％。采用直接加電的方法，通過改變電壓考察不同強(qiáng)度電場對MOF/碳樣品吸附能力的影響。結(jié)果顯示，氫氣吸附量隨電場強(qiáng)度增強(qiáng)而增大，在2000 V達(dá)到最大。循環(huán)氫氣吸附試驗(yàn)證明外加電場的這種增強(qiáng)作用是完全可逆的，在同等條

5、件下可迅速穩(wěn)定的釋放出所儲存的氫氣。
　　實(shí)驗(yàn)還分別對其他介電材料（MgO，ZnO和BaTiO3）與活性炭所合成的吸附劑在電場作用下對氫氣的吸附能力進(jìn)行了測試。在外加電場存在和無外加電場情況下，對添加MgO和ZnO的活性炭樣品分別進(jìn)行氫氣吸附測試實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸附量并沒有明顯變化。在對添加高介電常數(shù)BaTiO3的活性炭樣品進(jìn)行氫氣吸附測量時觀察到，電場作用下吸附量有所提高。
　　通過密度泛函計(jì)算氫氣與帶電TiO2分子之間的相互作