储氢材料的研究进展及应用.doc

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1、目录1课题分析 第页2检索策略 第页2.1 选择检索工具 第页2.2 选择检索词 第页2.3 拟定检索式 第页3检索步骤及检索结果 第页3.1 谷歌搜索引擎 第页3.2 超星电子图书 第页3.3 中国期刊全文数据库（CNKI） 第页3.4 中文科技期刊数据库（VIP）第页3.5 国家知识产权局专利数据库 第页4检索效果评价 第页5文献综述 第页 1. 课题分析 随着社会发展、人口增长，人类对能源的需求将越来越大。以煤、石油、天然气等为代表的化石能源是当前的主要能源，但化石能源属不可再生资源，储量有限，而且化石能源的大量使用，还造成了越来越严重的环境污染问题。因此，可持续发展的压力迫使人类去寻找

2、更为清洁的新型能源。氢能作为一种高能量密度、清洁的绿色新能源，氢能的如何有效利用便引起了人们的广泛研究。氢能具有生成物为水且基本实现温室气体和污染物零排放、被称为“能源货币”、可由多种能源转化、通用性强、化学活性高、可望实现低损耗输运等优异特性被誉为21世纪的能源，许多国家都在加紧部署、实施氢能战略。目前，如何利用氢能便成了研究重点，而氢的有效储存是氢能应用的关键。氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈。储氢材料的开发是解决氢能应用中氢存储技术难题的关键。传统的储氢材料由于其相对较低的储氢量和较高的成本已经不能满足日益增长的工业需求。储氢材料的性能与应用成为氢能利用领域中专家重点研究的内容。2. 检索

3、策略2.1 选择检索工具检索工具名称访问方式检索年代文献类型百度搜索引擎-2014 网页超星移动图书馆2003-2014图书 中国知网（CNKI）2003-2014期刊论文中文科技期刊数据库（VIP）2003-2014期刊论文万方数据知识服务平台2003-2014期刊论文2.2 选择检索词从课题字面选从课题内涵选（同义词、近义词、上下位词）氢能清洁能源储氢能源的储存绿色、环保污染、控制制备装置应用、现状、发展2.3 拟定检索式由于不同检索工具的字段不同，因此将检索式（亦称提问式）在“检索步骤及检索结果”的各个具体检索工具中给出。3. 检索步骤、检索结果及其评价3.1 百度搜索引擎3.1.1 检

4、索式A.篇目=氢能 and 清洁能源3.1.2 检索步骤与结果打开百度高级搜索：在第一行检索框内输入检索式A，“and”用空格形式表示。限定在“简体中文”和“网页标题”内检索。得到1320条检索结果。经过筛选，选择其中2条：1【篇名】 未来人类的清洁能源氢能【摘要】 资源减少、能源短缺、环境污染日益严重。为了我国经济可持续发展的战略国策，寻找洁净的新能源和可再生能源来替代化石能源已经迫在眉睫。氢能以其热值高、无污染、来源丰富等优点，越来越受到人们的重视，被称为21世纪的理想能源。是人类能够从自然界获取的、储量非常丰富而且高效的含能体能源。国际能源界预测，21世纪人类社会将告别化石能源，进入氢能

5、经济时代。纵观世界能源发展战略，专家们认为，氢将在2050年前取代石油而成为主要能源，人类将进入完全的氢经济社会。【出处】2011-11-04人教网2【篇名】 绿色能源-氢能【摘要】煤炭石油等矿物燃料的广泛使用，已对全球环境造成严重污染，甚至对人类自身的生存造成威胁。同时矿物燃料的存量，是一个有限量，也会随着过度开采而枯竭。因此，当前在设法降低现有常规能源（如煤、石油等）造成污染环境的同时，清洁能源的开发与应用是大势所趋。氢能是理想的清洁能源之一，已广泛引起人们的重视。氢不仅是一种清洁能源而且也是一种优良的能源载体，具有可储的特性。储能是合理利用能量的一种方式。太阳能、风能分散间歇发电装置及电

6、网负荷的峰谷差或有大量廉价电能能都可以转化为氢能储存，供需要时再使用，这种储能方式分散灵活。氢能也具有可输的特性，如在一定条件下将电能转化为氢能，输氢较输电有一定的优越性。科学家认为，氢能在二十一世纪能源舞台上将成为一种举足轻重的能源。【出处】2008-7-18 南通润翔能源科技有限公司网3.2 超星移动图书馆3.2.1 检索式 B.书名=储氢材料 新能源材料3.2.2 检索步骤与结果用检索式B进行检索，命中2条结果：3【书名】 储氢材料及其载能系统 【作者】 王荣明主编【摘要】 本书介绍了氢是一种高能量密度、清洁的能源，是最有吸引力的能源形式之一。但氢的贮存一直是个技术难点，氢的贮存和运输难

7、以解决。因此能否利用氢气作为能源的关键是解决氢气的贮存和运输技术。20世纪60年代中期，先后发现LaNi5和FeTi等金属间化合物的可逆储氢作用以来，储氢合金及其应用的研究得到迅速发展，尤其是LaNi5具有储氢量大，易活化，不易中毒等优点。在80年代中期，随着对LaNi5的深入研究和不断改进，开发出数十种具有高度可逆性的物质，储氢材料逐渐成为一大类功能材料。目前除了二元型储氢材料，还开发了多元金属元素组成的复合材料；早期开发的稀土系储氢材料称为第一代储氢材料，而后期开发的钛锆系、镁系等储氢材料称为第二代储氢材料。目前储氢材料已被用于氢的回收、提纯、精制；氢的贮存和运输；余热或废热的回收利用；储

8、热系统、热泵或空调、制冷；氢燃料汽车、电动汽车、氢能发电系统；充电电池与燃料电池等。【出版】：1998 7-5624-1621-4 152 ; 26cm 16元4【书名】新能源材料与应用【作者】童忠良，张淑谦，杨京京编著【摘要】全书共分7章，包括纳米技术与能源新概念、生物质能与可再生资源生产过程中的纳米技术、纳米技术与洁净煤技术的发展前景和展望、太阳能和太阳能利用纳米材料与技术、纳米技术与“绿色二次电池”、氢能和燃料电池与纳米技术、石油与天然气能源的可持续发展。【出版】 2008 ISBN号：978-7-118-05282-4 页数：252 3.3 中国知网(CNKI)3.3.1 检索式c.篇

9、名=储氢材料 绿色能源 氢能d.篇名=储氢材料的研究与进展3.3.2 检索步骤与结果（1）用检索式C进行检索，命中9条结果，经过筛选，选择其中4条：5【篇名】 绿色能源氢气及无机材料储氢的研究进展【作者】 陈加福陈志民许群【摘要】 氢能是二十一世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源。实现氢能的利用,氢的储运是目前要解决的关键问题。本文简单介绍了高压储氢、液态储氢和固态储氢三种储氢方式,重点介绍了无机储氢材料的研究进展,如:金属,金属氧化物,碳基材料,化学氢化物,M-N-H体系,M-C-H体系等储氢材料,并对其进一步研究进行了展望。【出处】 世界科技研究与发展2007年05期【原文】

10、该数据库提供了全文。6【篇名】具有裸露金属中心的多孔金属-有机骨架储氢材料【作者】马志刚李孝增【摘要】。作为绿色能源,氢能受到了广泛关注,而先进的储氢方法则是实现氢能规模应用的关键之一。介绍了多孔金属-有机骨架(MOFs)储氢材料的研究现状、存在的问题、引入裸露金属中心的方法、裸露金属中心元素类型及配位环境对储氢性能的影响。 【出处】化学与生物工程2013年08期 【原文】 该数据库提供了全文。7【篇名】储氢材料的载氢功能研究【作者】朱兴华王荣明【摘要】着重介绍了储氢材料的性质,分离和提纯氢,以及储氢材料的载氢功能等研究。【出处】新技术新工艺2000年01期【原文】该数据库提供了全文。8【篇名

11、】金属储氢材料理论研究综述【作者】周素芹【摘要】氢能作为一种新型的能量密度高的绿色能源,正引起世界各国的重视。储存技术是氢能利用的关键。储氢材料是当今研究的重点课题,也是氢的储存和输送过程中的重要载体。综述了目前已采用或正在研究的金属储氢材料的理论研究情况,如镧基、镁基、L i-N-H等储氢材料,并指出其研究趋势。【出处】淮阴工学院学报2009年03期【原文】 该数据库提供了全文。（2）用检索式D进行检索，命中390条结果，经过筛选，选择其中7条：9【篇名】储氢材料的研究与进展【作者】刘啸锋马光李银娥姜婷郑晶 【摘要】 本文详细介绍了氢作为一种洁净二次能源载体的优点及发展潜力,综合描述了金属储

12、氢材料、矿物多孔储氢材料、有机液态储氢材料的储氢特性及最新研究状况。最后就储氢材料的发展提出自己的见解。【出处】合成化学2007年S1期【原文】 该数据库提供了全文。10【篇名】 碳基和有机物储氢材料的研究进展【作者】 吕丹刘太奇【摘要】：日益严峻的能源危机和环境污染,使得发展清洁的可再生能源成为各个国家的重要议题。氢能源以其可再生性和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的能源载体。氢的储存是发展氢能技术的难点之一。本文介绍了目前很受关注的两种储氢材料:碳基储氢材料和有机物储氢材料。其中碳基储氢材料主要介绍了活性炭、碳纤维、碳纳米管及碳化物的衍生物;而有机物储氢材料主要介绍了有机液体和金属有机物

13、。同时对碳基及有机物储氢材料的研究进展进行了综述。指出了碳基储氢材料的未来研究方向,提出了金属有机多孔材料的逐步发展,是开发新型多孔材料的一个关键,也是探索新型的金属有机物储氢材料的关键。【出处】 新技术新工艺2006年08期【原文】 该数据库提供了全文。11【篇名】机械合金化制备镁系储氢材料的研究进展【作者】苗鹤陈玉安丁培道【摘要】机械合金化法是新近发展起来的制备镁系储氢材料的较佳工艺。综述了国内外采用该法制备镁系储氢材料的研究进展情况,报道了机械合金化法制备MgH_4、Mg_2Ni、多元镁基储氢合金、非晶态镁系储氢合金及纳米复合镁系储氢材料的最新研究成果,总结认为,机械合金化可以显著改善镁

14、系储氢材料的动力学性能和电化学性能,提高储氢量。【出处】材料导报2004年09期【原文】该数据库提供了全文。12【篇名】高容量储氢材料的研究进展【作者】李松林刘燚崔建民袁勇陈仕奇何轶伦【摘要】高容量储氢材料在燃料电池和储热等方面有着良好的潜在应用。从高体积密度(kg/m3)和高储氢质量分数两个方面综述了高容量储氢材料的国内外研究近况。从材料组成、制备工艺、材料的组织结构以及催化剂应用等方面重点评述了Mg_2FeH_6、LiBH_4、NaBH_4、LiAlH_4、NaAlH_4等储氢材料的研究进展,指出高容量储氢材料今后中长期研究的重点是NaAlH_4、Mg_2FeH_6等络合氢化物以及催化剂。

15、 【出处】材料导报2007年10期【原文】该数据库提供了全文。13【篇名】镁基储氢材料的研究进展【作者】陈玉安唐体春张力【摘要】从镁基储氢材料体系入手,综述了该体系的研究情况及近期进展.对镁基储氢材料进行了合理的分类,将其分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料.并结合各类镁基储氢材料的国内外研究状况,指出要改善镁基储氢材料的储氢性能,必须走多元合金化的路线并在学习有关理论的基础上,采用优化合金成分与新的合成方法来进一步提高材料的储氢性能.【出处】重庆大学学报(自然科学版)2006年12期【原文】 该数据库提供了全文。14【篇名】固体储氢材料的研究进展【作者】汪云华王靖坤赵家春王松【

16、摘要】论述了目前几种主要固体储氢材料的研究进展,包括金属基合金材料(镁系合金、稀土系合金、钛系合金和锆系合金)、碳基材料(活性炭、石墨纳米纤维、碳纳米纤维和碳纳米管)、玻璃微球、配合物以及金属有机框架物。通过比较各种材料储氢的机理与方式、吸放氢的温度与压力、循环寿命,分析了其优缺点,并展望了固体储氢材料未来的发展趋势,认为开发安全稳定高效的复合储氢材料、实现固体储氢材料的工业化制备是未来储氢材料研究的新方向。【出处】材料导报2011年09期 【原文】该数据库提供了全文。15【篇名】纳米储氢材料的研究进展【作者】刘战伟【摘要】储氢材料的纳米化为新型储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路,本文详细

17、介绍了纳米储氢材料性能提高的机理,综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料的最新研究进展,并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。【出处】广西物理2009年01期 【原文】 该数据库提供了全文。3.4 中文科技期刊数据库（VIP）3.4.1 检索式e.篇名=储氢材料的研究进展及应用3.4.2 检索步骤与结果（1）用检索式E进行检索，命中31条结果，经过筛选，选择其中2条：16【篇名】 络合氢化物储氢材料的研究进展【作者】 肖学章陈立新王新华李寿权陈长聘【摘要】 综述了络合氢化物储氢材料，包括铝基和硼基络合氢化物体系的最新研究进展。着重介绍了铝基络合氢化物体系中典型的Na

18、AlH4材料的吸放氢机理及其反应热力学、动力学、储氢性能和催化本质等研究现状，并对络合氢化物今后的发展与应用前景进行了讨论。NaAIH4在l00左右的可逆吸放氢量高达5wt，是应用于车载燃料电池氢源系统很有前途的储氢材料。【出处】 工厂动力2011年 第3期【原文】 该数据库提供了全文。17【篇名】 储氢材料的研究进展【作者】 刘杰陶健【文摘】 氢能以其可再生性和环保效应成为未来最具发展潜力的能源，而氢的储存是发展氢能技术的难点之一，本文综述了储氢材料现状，重点介绍了新型碳质材料储氢技术，并对未来的储氢材料发展进行了展望。【出处】大观周刊2011年 第15期【原文】 该数据库提供了全文。3.5

19、 万方数据知识服务平台3.5.1检索式F.篇名=储氢材料的研究3.5.2检索步骤与结果用检索式F进行检索，命中期刊1篇1经过筛选，分别选择1条：18【篇名】V系储氢合金及其合金化【作者】贾超;原鲜霞;马紫峰【文摘】概述了V系储氢合金的研究现状,涉及V系储氢合金的氢化物相结构、合金化元素及第二相对合金吸、放氢性能的影响:V系储氢合金随吸氢量的增加,氢化物结构发生bccbctfcc转变,同时其稳定性呈降低趋势;合金元素通过改变V与H的亲和力以及氢化物的稳定性来影响合金的储氢性能;第二相的出现对合金电化学性能、吸放氢动力学有明显的影响作用.在上述分析的基础上,对V系bcc固溶体储氢合金今后的研究进行

20、了展望。【出处】化学进展, 2009 09【原文】 该数据库提供了全文。4.检索效果评价4.1检索词的选择4.1.1从课题字面选择 从课题字面选择的检索词，其相互间的关系多为限定关系，即利用布尔逻辑与进行组配，可提高查准率。本课题从字面上选出：氢能、清洁能源、储氢材料、研究与进展作为检索词。 4.2检索技术4.2.1 限制检索A字段限制：在现代检索工具中，为了确定检索词在文献记录中出现的位置，采用字段（或叫检索项、检索入口）来限制查找的范围，从而提高查全率或查准率。下表给出在所选检索工具中拟定检索式时采用的字段。字段名称检索工具篇名关键词摘要主题词篇名/关键词百度搜索引擎网页标题超星移动图书馆

21、书名中国知网篇名主题储氢材料中文科技期刊数据库TKM万方数据知识服务平台名称摘要B年代限制：20032014年。C匹配限制：为提高查全率，均选用了模糊匹配检索。4.3数据库的选择本报告限定在中文检索工具，均选择了综合型的检索工具，因为所选的检索工具几乎能囊括国内的文献资料。从上述检索工具的检索情况看出，“中国知网”的查全率最高。但从检索的查准率来看，“中文科技期刊数据库”是最好的。“百度搜索引擎”查准率较差，“超星电子图书”、和“万方数据知识服务平台”检索的途径和内容较少。5.文献综述储氢材料的研究进展和应用摘要：储氢材料的纳米化为新型储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文详细介绍了纳米

22、储氢材料性能提高的机理，综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料的最新研究进展，并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。关键词：储氢材料 新能源材料 清洁能源前言：氢能源系统是作为一种储量丰富、无公害的能源替代品而倍受重视。如果以海水制氢作为燃料，从原理上讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极为有利；如果进一步用太阳能以海水制氢，则可实现无公害能源系统。此外，氢还可以作为贮存其他能源的媒体，通过利用过剩电力进行电解制氢，实现能源储存。在以氢作为能源媒体的氢能体系中，氢的储存与运输是实际应用中的关键。储氢材料就是作为氢的储存与运输媒体而成为当前材料研究的一个热点项目。1氢能

23、源及储氢材料11能源能源是人们生活、国民经济和科学技术发展的重要基础。目前全球每年耗能已超过1013w，天然矿物燃料(煤炭、石油和天然气)即将耗尽，许多国家出现了能源危机，挖掘和利用新能源工作受到各国的高度重视。属于一次能源的有核能、太阳能、风能、地热能以及海洋能等。他们一般要先变成电能才能使用，而电能不便储存，输送成本较高。因而在发展新型一次能源的同时，开发和利用氢能源、合成燃料、高功能电池、激光、微波等二次能源就更为必要。氢作为二次能源，关键是解决氢的高密度安全储存问题。目前主要用液态氢的高压容器储存法，但最好的方法是利用储氢材料。它在一定条件下与气体氢反应生成固态金属氢化物，条件改变时，

24、氢化物分解释放出气体氢，因而又被称为“固相储氢”。2稀土储氢材料的发展21储氢材料概述储氢材料主要有四大类型，即稀土系、钛系、锆系和镁系。储氢材料的发展经历了几个阶段。综观它的发展史，我们可以将储氢材料的开发大致划分为三代；第一代储氢材料起源于LaNi5的AB5型合金(AB5指合金的组成，A指可与氢形成稳定氢化物的防热型金属，B指难与氢形成氢化物具有催化活性的金属)。第二代储氢材料是具有Laves相结构的AB2合金(A、B含义同上)，此类储氢材料储氢容量较AB5型大，循环寿命长，但初期活化比较困难。第三代储氢材料为镁基合金和钒固溶体合金，但在实际应用中尚存在问题，还有待进一步研究和开发。金属氢

25、化物是近几十年发展起来的储氢材料，由于它们具有优异的吸放氢性能，并兼顾其他功能材料的特点，因而发展十分迅速。荷兰飞利浦公司发现了LaNi5合金，具有很好的储氢性能，在中等压力和温度下能吸收和解析大量的氢。加热时合金吸氢，冷却时放氢，吸收氢气的体积最大可达到合金自身体积的400倍，一立方英尺的镧镍合金存储氢气足够产生4千瓦小时的热能，并且不涉及低温技术，不需要过高过低的压力和温度，即使镧镍合金在露天中放氢和点燃也会因其快速氧化而自行熄灭，盛装容器破裂或遇火也无危险，比较安全。尽管LaNi5合金具有很好的储氢性能，但在应用于镍氢电池中储氢容量衰减太快且价格昂贵，长时间没有得到应用，后来用少量钕取代

26、镧得到多元合金后，制出了抗氧化性能高的实用镍氢电池。目前已开发的合金主要由可与氢形成稳定氢化物的防热型金属A(La、Mn、Ti、Zr、Mg、V)和难形成氢化物但具有催化活性的金属B(Ni、Fe、Mn)按一定比例组成，从结构表面改性等角度进行综合改进获得可用的高性能储氢合金材料。22新型稀土储氢材料221镁一镍系多元合金材料三元体系:La2MgNi9、La5Mg2Ni23、La3MgNil4，La5Mg2Ni23合金负极的放电容量高达410mAhg一1，比AB5型合金大13倍；纳米晶结构的MgNiRE(RELa，Nd)系显示了极好的吸氢动力学与PCT(压强、组成、温度)特征。H2hHhh四元体系

27、：真空法制得的电极负极材料Mg195Y005Ni092AL008初始容量达到380mAhg一1，充放电循环150次时，容量保持率95，该材料不足之处是开路状态电荷存放期间自放电率高(12天约保持25)。机械合金法制备的四元Mg35Ti10M5Ni50(MY、Al、Zr)储氢电极表现出相当长的循环寿命。La18Ca02Mgl6Ni铸锭机械研磨4O小时后，合金从晶态变成非晶态，与晶态相比非晶态显示出更好的解析动力学和更高的储氢容量。南开大学的一项专利介绍了化学组成为MgPxAxNil-yBy的储氢材料，其中A可以是La、Ce、Nd、Pr、Y或混合稀土，在常温常压下具有优良的吸放氢性能，用它制成的电

28、极具有很高的电化学容量，纳米晶态结构的该材料还具有储氢量大，比表面积大，表面活性强，电化学容量高，抗腐蚀性能优越，吸放氢速度快，室温下可以吸收和放出氢气的特点。222镁一镍系储氢合金电极材料的研究进展稀土一镁一镍系储氢合金一般为AB3型结构。AB3结构由13的AB5和23的AB2结构组成。一般说来，在吸放氢过程中由于其高的储氢量以及相对较低的成本，显示出良好的应用前景。各种元素的替代对储氢合金的储氢容量以及电化学性质等都有明显的影响。复合体系的放电容量为此类合金中最大，可达到1014mAhg，主要原因是无定型结构的形成和表面状态的改变；钙和钇的替代因改变了合金微观结构而提高了合金的吸氢量；其次

29、放电容量最大的合金为LaMg。Ni。合金，作为负极电极放电容量已达410mAhg_。，主要是由于其特殊的分子排列结构；储氢容量最大的为La15Mg17Ni05合金，储氢量为540，主要原因是LaNi+LaH。+La的催化能力以及在反应过程中出现的多相结构；铈的替代可以改善合金循环寿命，但是减少放电容量。其原因是铈的存在，在金属表面生成了CeO。膜抑制了腐蚀；Co的替代增加合金的循环稳定性的主要原因是在加氢脱氢过程中电池体积的膨胀率VV明显的减少，导致合金微粒粉化减少，充放电效率增加和氧化腐蚀率减小，Mn的替代可以延长合金寿命是由于合金的点阵常数和晶包体积增大；而Fe , Al, ，Cu，B均可

30、以显著改善循环稳定性。原因是其氢化物比较小的体积变化和合金表面抗腐蚀层的形成；A1的替代合金具有较高的储氢容量的原因是其中AlNi相态的出现改善了合金的催化活性。3稀土储氢材料的应用31蓄热、热泵储氢合金吸放氢的反应热很大，因而可用于化学蓄热和化学热泵。能够通过在两种物性不同的储氢合金之间互相交换氢气的办法吸收或放出其反应热的装置叫金属氢化物蓄热泵。32传感器和控制器利用吸收或放出氢时的压力效应，除可制成无传动部件的氢压缩机外，还可做机器人动力系统的激发器、控制器和动力源。33高性能充电电池一镍氢电池稀土储氢电池是一种新型的化学电源(NiMH)，也被称为镍氢充电电池，它具有比容量高、可快速充电

31、、无记忆效应、无污染、寿命长等显著优点，是充电电池(又称二次电池)家族中引人注目的新秀。1983年出现的NiMH二次电池，这是一种以氧化镍(或多孔金属镍)为正极，以LaNi5型储氢合金为负极，用KOH作电解液的二次电池。LaNi5在碱液中作为一种可逆的氢电极，通过电化学反应大量的吸收和解吸氢气，由金属氢化物负极与镍正极构成的二次电池已实现充、放电，反应过程中不发生活性物质的沉淀和溶解，从而也不消耗和产生水。储氢合金是2O世纪6O年代末发现的一类具有高储氢密度的功能材料，已广泛应用于各行业。由于对高性价比二次能源的需求日益紧迫，开发新一代高性能储氢电极材料已势在必行。碳纳米管(CNT)是继C60

32、之后该系列的又一储氢材料，由于其具有高的表面比、低密度和独特的中空结构，碳纳米管作为储氢载体引起了全球广泛关注。4纳米储氢材料的研究进展4.1纳米材料简介纳米材料是指一类粒度在1100nm之间的超细材料，是介于单个原子、分子与宏观物体之间的原子集合体，是一种典型的介观体系。由于纳米材料的比表面能高，存在大量的表面缺陷，高度的不饱和悬键，较高的化学反应活性以及自身的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等，从而使其具有常规尺寸材料所不具备光学、磁、电、热等特性，成为继互联网和基因研究之后科学领域的又一研究热点，引发了世界各国科学工作者在相关理论研究及应用开发的广泛兴趣。纳米尺度的贮氢合金呈现出许多新

33、的热力学和动力学特征，其活化性能明显提高，具有更高的氢扩散系统，并具有优良的吸放氢动力学性能。储氢材料的纳米化为新兴的储氢材料的研究提供了新的研究方向和思路，本文详细介绍了纳米储氢材料性能提高的机理，综述了纳米碳纳米管储氢材料、镁基纳米储氢材料以及复合纳米储氢材料的最新研究进展，并对储氢材料纳米化的广阔前景进行了展望。4.2纳米储氢材料储氢性能提高机理一般认为，储氢合金纳米化提高储氢特性主要表现在以下几个方面原因：（1）量子尺寸效应和宏观量子隧道效应：对于纳米尺寸的金属颗粒，连续的能带分裂为分立的能级，并且能级间的平均间距增大，使得氢原子容易获得解离所需的能量，表现为贮氢合金活化能低和活化温度

34、降低；（2）纳米材料的表面效应：纳米颗粒具有巨大的比表面积，电子的输送将受到微粒表面的散射，颗粒之间的界面形成电子散射的高势垒，界面电荷的积累产生界面极化，而元素的电负性差越大,合金的生成焓越负,合金氢化物越稳定，金属氢化物能够大量生成。单位体积吸纳的氢的质量明显大于宏观颗粒。（3）比表面积和催化特性纳米贮氢合金比表面积大，表面能高，氢原子有效吸附面积显著增多，氢扩散阻力下降，而且氢解反应在合金纳米晶的催化作用下反应速率增加，纳米晶具有高比例的表面活性原子,有利于反应物在其表面吸附,有效降低了电极表面氢原子的吸附活化能,因而具有高的电催化性能。另外，由于纳米晶粒相当细小,导致晶界和晶格缺陷增加

35、,而晶体缺陷和位错处的原子具有较高的能量可视为反应的活性中心,从而降低析氢过电位。（4）表面力学特性：根据Hall-Petch（H-P）理论，晶粒的细化使其硬度增加，贮氢合金的整体强度随晶粒尺寸的增加而增强，这对于抗酸碱及抗循环充放粉化，以及抵抗充放电形成的氧压对贮氢基体的冲击大有裨益，并且显著提高了贮氢合金耐腐蚀性。4.3储氢材纳米化研究进展纳米碳管(CNTs)作为一种新型材料，由于其特殊的分子结构，引起了许多领域专家的关注，特别是开展了大量有关储氢方面的研究。对碳系列储氢材料的研究是20世纪90年代兴起的一个热门课题，纳米碳管具有以下两个优点：（1）储氢量大，一般可达到10wt%，有的甚至

36、可达到60wt%以上。然而各种不同的制备碳纳米管的方法也使得碳纳米的质量千差万别，有关其储氢量（0.05%67%）报道的数据也相当分散，但其储氢量高于储氢合金却是不争的事实；（2）质量相对较轻，便于携带。纳米尺寸的碳管和碳纤维具有优异的储氢性能，已被国际能源协会列为重点发展项目。Dillion等用单壁碳纳米管在室温和氢气压力40kPa时得到储氢量的质量分数为5%10%，并指出氢在高温吸附位上是物理吸附，且纳米碳管的储氢量是活性碳的10倍。Ye等用纯度98%的单壁碳纳米管，于室温和12MPa压力下获得了质量分数为8.25%的氢吸附率，并发现在80K和大于120MPa的气压下每个碳原子可以吸附1个

37、氢原子。Chen等等用直径2535nm，比表面积为130m2/g掺Li和K原子的多壁碳纳米管，发现在适当的温度和压力下氢吸附量分别为20wt%和14wt%，但后来经Yang等按Chen的方法及使用超纯氢(99.999%)重做了碱金属掺杂的碳纳米管的储氢实验，结果表明用干燥的氢气作为氢源得出掺碱金属的碳纳米管的储氢能力只能接近2wt%，因此认为Chen等的实验可能是容器中的气体混入了水汽才得出如此高的储氢量。1999年，中科院沈阳金属研究所制备的单壁碳纳米管于室温和12MPa压力下获得了质量分数为4.2%的储氢量。除了大量的试验工作外，Darkrim等通过计算机模拟，认为孔径为1.957nm时的

38、储氢性能最佳，储氢量为11.24wt%，体积密度为60kg/m3，并发现碳纳米管间的排列对材料整体吸附有较大影响。程锦荣等通过对碳纳米管阵列储氢的物理吸附物性的计算机模拟，得出在适当的管间距下（DBW6），碳纳米管阵列管外部分的物理吸附储氢量高于其管内部分，且随管间距的增大而增大。由于碳纳米管的特殊结构，表现出特有的性质，大的比表面及内部大的空腔使碳纳米管能吸附大量的氢其高储氢量、低质量密度和化学稳定性使其在车用储氢系统中具有良好的应用前景。有一定直径的碳纳米管可以吸收大量氢气，是一种优异的新型储氢材料。而采用碳纳米管对镁基等储氢材料改性，以提高其性能，也具有很重要的现实意义。5总结与展望储氢

39、技术是氢能利用走向实用化、规模化的关键，而储氢材料则是储氢技术发展的基础。据技术发展趋势，今后储氢研究的重点仍然在于发现和开发新型高性能储氢材料上，将纳米技术应用于储氢材料中，可以使储氢材料的储氢性能得到了很大的提高，但纳米储氢材料的应用还需要广大科技工作者的不断努力。国内的储氢合金材料已有小批量生产，但较低的储氢质量比和高价格仍阻碍其大规模应用。碳系纳米储氢材料和镁基纳米储氢材料目前都得到了较大的发展，然而它们在储氢性能上也各有优缺点，如果将其扬长避短，将碳系和镁基两种纳米储氢材料结合起来制备出一种新的复合纳米储氢材料，将得到一种更为理想的储氢材料，从文中报道的国外科技工作者的相关研究也证明

40、了其可行性。因此制备纳米复合储氢材料将是未来储氢材料发展的一大趋势。碳纳米管在储氢率方面有明显的优势，加之化学性能稳定，密度较小等优点，因而使碳纳米管在储氢方面具有很好的应用前景。然而采用不同制备方法和不同预处理方法得到的碳纳米管，其电化学储氢容量也有较大的差别，目前制备碳纳米管储氢材料的方法也较多，但对设备要求严格，能耗量较大，这也是目前阻碍碳系纳米储氢材料未能推广应用的原因之一。也正是因为碳纳米储氢材料在制备、储氢等方面还存在一些问题，所以碳纳米储氢材料仍是一个很热门的研究方向。此外，最近无机非碳纳米管储氢材料的研究也取得了可喜的结果，其储氢量可与储氢的明星材料LaNi5相媲美。Ma等32

41、对BN纳米管的储氢容量研究表明，在室温下，当压力由0逐渐增至10MPa时，多壁和竹节状BN纳米管的吸氢质量分数分别可达1.8%和2.6%。目前非碳纳米管储氢能力虽然明显低于碳纳米管，但尚有较大的提高空间，非碳纳米管为扩大储氢材料的应用必将起到积极的推动作用。参考文摘1孙海梅，闫红.新型储氢材料碳纳米管J.晋东南师范专科学校学报，2003，20(2):25-26.2程锦荣，戴磊，赵敏，等.碳纳米管阵列储氢的物理吸附特性J.安徽大学学报（自然科学版），2004，28(6):32-36.2陈进富.基于汽车氢燃料的有机液体氢化物储氢新技术研究.北京:石油大学出版社,19973孙大林,陈国荣,江建军等.

42、材料导报,2004,18(5):72-754周理.材料导报,2000,14(3):3-55刘永平,赵罡,李荣等.重庆大学学报,2003,26(5):144-1456余学斌,吴铸,黄太仲等.材料导报,2004,18(5):85-887吴永宽译.金属氢化物的性质与应用.北京:化学工业出版社,19908陈秀娟,刘学龙,夏天东等.材料开发与应用.2004,19(6):39-449詹亮,李开喜,朱星明等.材料科学与工程,2002,20(1):31-3310毛宗强,徐才录,阎军等.新型炭材料,2000,15(1):64-6611朱宏伟,李雪松,慈立杰等.科学通报,2001,46(9):1664-16681

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