110569碳纳米管储氢2.ppt

Sequel aboutthesizeofaCadillacSRX travelsupto300milesonitshydrogensupply andacceleratesto60mphinlessthan10seconds Current generationfuelcellvehicleshavearangeofbetween170and250milesandcover0 60mphinbetween12 16seconds dependinguponwhetherabatteryisused 5NanoCar NanoCar Thenanocarconsistsofachassisandaxlesmadeofwell definedorganicgroupswithpivotingsuspensionandfreelyrotatingaxles Thewheelsarebuckyballs spheresofpurecarboncontaining60atomsapiece Theentirecarmeasuresjust3 4nanometersacross makingitslightlywiderthanastrandofDNA Ahumanhair bycomparison isabout80 000nanometersindiameter 四Carbonnano tubes CNT hydrogenstorage 1Single walledCarbonnano tubes SWNTS 首先介绍单壁碳管具有优秀储氢性能的报道来自美国国立可再生能源实验室的Dillon等人 2 他们采用TPDS 程序控温脱附仪 测量了SWNT的载氢量 从实验数据推测其具有约5 10 质量分数 下同 的储氢量 测出吸附热为19 6kJ tool 并认为SWNT是唯一可用于氢燃料电池汽车的储氢材料 2Multi walledCarbonnano tubes MWNTS 多壁碳纳米管可以简单看作是多层石墨烯片卷积而成的同轴空心管体 通常管壁为2 5O层 内径为2 10nm 外径为15 30nm 长度达微米 2 1Multi walledCarbonnano tubesMWNTS Chen等报道催化裂解CH制备的MWNTS 分别经Li K掺杂后采用TGA和TPD法 在473 673K和室温下分别测得的吸氢量为20和14 2 2Orientedmulti walledCarbonnano tubesMWNTS 近几年 随着制备碳纳米管水平的不断提高 碳纳米管这种一维结构材料的有序排列成为可能 有关的储氢性能报道陆续出现Ztittel通过实验测得MWNT在77K的吸氢量可达5 5wt 定向碳纳米管的储氢研究还很初步 需要继续作深入细致的工作 3CNThydrogenstoragetheoreticalcalculation 由于计算方法的不同及所依据的吸附类型 物理吸附还是化学吸附 和势能场模型等的不同 对SWNTS的储氢模拟结果具有很大的离散性 4CNTelectrochemicalhydrogenstorage 近几年 人们对储氢碳纳米管的电化学研究更加关注 Niitzenadel等人 2最先对单壁SWNTS 碳纳米管混以铜粉制成的电极进行恒流充 放电试验 发现SWNTS的最大比电容量仅为110mA h g 对应储氢量为0 39 从现有的研究结果及理论计算来看 碳纳米管储氢能力达到美国的DOE标准 即6 5和62kg m 是非常有希望的 除了个别学者认为不可能外 部分学者的实验数据已经达到或超过了这一标准 虽然实验结果和见解比较离散 但是大家还是达成了一些基本共识 吸附量与表面积成正比关系 吸附的区域大致在管内和管外 或阵列的间隙处 碳纳米管的直径对吸附量有影响 表面活化或掺杂对吸附量起着重要甚至于决定性作用 五Synthetictechnologyofcarbonnanotube 目前阻碍碳纳米管应用的一个主要因素是无法廉价地大量合成所需要的碳纳米管 合成纳米碳管的最主要的方法有电弧放电法 激光烧蚀法 以及含碳化合物的催化热分解法 前两者目前主要用于合成单壁碳纳米管 由于需要将石墨蒸发 需要大量的能源消耗 所以难以用于大量合成 含碳化合物的催化热分解法是指将含碳化合物在金属 如铁 钴 镍 颗粒催化剂的作用下 加热分解并在催化剂表面析出形成碳纳米管的方法 其合成温度通常在500 1200 C之间 而且可以连续化生产 作为大量合成碳纳米管的方法是极有前途的 Catalyticpy rolysisofcarbonouscompound 含碳化合物的催化热分解法可分为基板法和流动催化法两种 基板法是指采用镀膜 浸渍等方法将催化剂前驱体均匀分布在基板或者粉末状载体上 经过热处理和氢气的还原后形成纳米尺寸的催化剂颗粒 在高温下催化热分解含碳化合物气体合成碳纳米管的方法 而流动催化法是将有机金属化合物 如二茂铁 五羰基合铁 二茂镍 二茂钴等 用蒸发或喷雾的方法气化 由载气携带导入到高温反应器中 分解后形成金属原子 这些金属原子在气流中相互团聚形成纳米尺寸的金属颗粒直接作为催化剂 同时通入含碳化合物作为碳源 经催化热分解形成碳纳米管的方法 展望未来的10年 碳纳米管在工程应用领域将取得长足的进展 纳米技术与纳米材料将给人类的文明和社会的进步带来重要的影响 碳纳米管作为纳米材料中的重要成员 在平面显示器