纳米碳管储能的化学原理与储存容量研究

通过在大温度、压力范围内系统地测定氢在纳米碳管粉末与压片上的吸附等温线和对所得等温线的理论分析,计算出吸附热,并用超临界气体的吸附模型充分地描述了氢在纳米碳管上的吸附行为,证明纳米碳管储氢的原理是超临界吸附;比表面积和储气温度控制着储气容量.甲烷在干纳米碳管上的吸附机理与氢气相同,但在湿纳米碳管中的存储机理在于甲烷水合物的生成,因此孔容控制储气容量.单位质量多壁管的湿储容量是干储容量的5.1倍 ,单壁管可能产生更大的增强存储作用.     

钾掺杂多壁纳米碳管储氢性能研究

使用自制的钴催化裂解碳氢气法制备多壁纳米碳管,并对其进行退火、掺杂等一系列预处理,然后使用高压高纯氢源,在中压(12 MPa)和室温条件下,进行钾掺杂多壁纳米碳管的储氢性能实验.结果表明:预处理对纳米碳管的储氢性能有很大影响.实验条件下,经过氮气退火,并在1.0 mol/L硝酸钾溶液中掺杂的多壁纳米碳管吸氢量最大(H/C质量分数为3.2%).上述样品在室温下的放氢量一般不超过其吸氢量的50.8%.     

单壁纳米碳管的纯化及表征

利用微孔膜及空气氧化法逐步除去电弧放电法制备的单壁纳米碳管(SWCNTs)中的金属催化剂粒子、碳纳米粒子、无定形碳等杂质,并利用热重分析（TGA）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）及拉曼（Raman）光谱,对每一步得到的产物进行分析表征.实验证明,该方法对单壁纳米碳管的纯化是比较有效的,可以得到纯度在90％以上的单壁纳米碳管.     

吸附聚丙烯酸对纳米碳管表面特征影响的研究

利用低温氮气吸附法系统研究了吸附聚丙烯酸 (PAA)的量对纳米碳管表面特征的影响 .分析结果表明 :当PAA吸附量增加到 2 68 98mg·g-1时 ,纳米碳管的比表面积下降了 46 97% ;虽然吸附PAA后的纳米碳管在 1 8nm以上的孔径分布特征基本上与原样一致 ,但孔容减少 ,这部分孔对比表面的贡献明显降低 ,同时出现 1 8nm以下的孔 ;通过氮气吸附等温线利用热力学方法计算的纳米碳管的表面分维值 (surfacefractaldimension)dSF由原样的 2 5 4下降至吸附后的 2 48,表明吸附PAA分子能够降低纳米碳管的粗糙度 .这些说明堵孔效应和屏蔽效应是纳米碳管表面特征改变的主要因素 ,这一研究对纳米碳管在吸附、催化等方面的应用有着非常重要的意义 .     

碳纳米管和碳纳米管-四氢呋喃水合物的储氢特性

研究了单壁碳纳米管(SWNTs)干法储氢和碳纳米管(SWNTs)-四氢呋喃(THF)水合物法储氢的过程. 结果表明, 实验所用的SWNTs在16.5 MPa压力下, 温度为0.5 ℃时, 氢气的吸附存储量为0.75%(质量分数), 经浓酸处理后, 氢气的存储量可以达到1.15%, SWNTs-THF水合物法储氢量为0.37%, 与碳纳米管干法储氢相比, 储氢量有所降低.     

氢气在单壁碳纳米管束的吸附的密度泛函研究

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了氢气在单壁碳纳米管束（SWNTs)中管内 和管间的吸附。考察了温度，孔径以及压力对吸附的分子数密度，重量百分比，单 位体积储存能力以及超额吸附量的影响。DFT计算发现，较大的孔径有利于氢气在 SWNTs中的吸附且氢气在管隙中的吸附不可忽略。计算表明在77 K和6 MPa时，氢气 在2.719 mm的SWNTs的总的吸附的重量百分比分别可达到13.2 wt%，这约是美国能 源部（DOE）目标值的两倍，而单位体积储存能力在DOE目标值附近，而在300 K和 6 MPa时，氢气在2.719 nm的SWNTs的总的吸附的重量百分比仅为1.5 wt%。通过实 验结果与计算结果的比较表明，密度泛函理论的计算结果支持SWNTs有较高的吸附 储氢能力的实验结论。     

氢气在单壁碳纳米管束的吸附的密度泛函研究

作者利用密度泛函理论（DFT）计算了氢气在单壁碳纳米管束（SWNTs)中管内 和管间的吸附。考察了温度，孔径以及压力对吸附的分子数密度，重量百分比，单 位体积储存能力以及超额吸附量的影响。DFT计算发现，较大的孔径有利于氢气在 SWNTs中的吸附且氢气在管隙中的吸附不可忽略。计算表明在77 K和6 MPa时，氢气 在2.719 mm的SWNTs的总的吸附的重量百分比分别可达到13.2 wt%，这约是美国能 源部（DOE）目标值的两倍，而单位体积储存能力在DOE目标值附近，而在300 K和 6 MPa时，氢气在2.719 nm的SWNTs的总的吸附的重量百分比仅为1.5 wt%。通过实 验结果与计算结果的比较表明，密度泛函理论的计算结果支持SWNTs有较高的吸附 储氢能力的实验结论。     

述评碳纳米管储氢研究

碳纳米管因被认为可能是氢能的主要载体而备受关注,但几年来的文献报道不尽一致.本文评述了关于单壁和多壁碳纳米管对氢气的吸附实验和模拟计算研究结果,探讨了碳纳米管作为储氢材料的可行性.     

异型碳纳米管储氢性能的分子动力学模拟研究

采用分子动力学(MD)方法对三种理想的Y型碳纳米管[记为Y(4,4), Y(6,6), Y(10,0)]和三种L型碳纳米管[记为L(9,0), L(6,6), L(10,0)]之储氢性能进行了模拟研究, 并与相应的直线型碳纳米管的储氢能力进行了比较, 同时考察了温度、碳纳米管的直径和螺旋性以及缺陷的位置和大小对异型碳纳米管储氢性能的影响. 结果表明, 在室温和低温条件下, 异型碳纳米管的储氢量高于直线型碳纳米管的储氢量, 且其储氢量大小随温度的降低和碳管直径的增大而增加, 椅式碳纳米管的储氢性能优于齿式碳纳米管, 而缺陷的位置和大小对异型碳管之储氢性能的影响则因碳管的形貌和直径的大小不同而存在差异.     

纳米碳管表面羧基化及其电还原性能

应用红外吸收光谱、扫描电子显微镜分别对纳米碳管和硝化后的纳米碳管进行表征,将其制备成粉末微电极,并在碱性溶液中测试它对对硝基苯酚的电还原性能.实验表明:经硝化处理后,碳管表面修饰了羰基,其电还原性能明显提高.依据实验结果探讨了硝化后纳米碳管于对硝基苯酚电还原过程中的反应机理.