碳納米管改性及其儲(chǔ)氫性能研究.pdf

1、碳納米管因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)作為一種新型的儲(chǔ)氫材料而受到極大關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其儲(chǔ)氫性能的研究作了大量工作。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)碳納米管儲(chǔ)氫性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首先，測(cè)試了單、多壁碳納米管的儲(chǔ)氫性能。其次，對(duì)碳納米管進(jìn)行機(jī)械球磨以提高其儲(chǔ)氫性能，主要進(jìn)行了如下研究：(1)分別在三種不同介質(zhì)(空氣、氬氣、環(huán)己烷)中對(duì)碳納米管進(jìn)行球磨以改善其儲(chǔ)氫性能；(2)對(duì)摻雜分子篩NaA、SBA-15的碳納米管進(jìn)行不同條件下的球磨，測(cè)試球磨后樣品的儲(chǔ)氫性能，進(jìn)

2、而討論了分子篩種類、球磨介質(zhì)和球磨時(shí)間對(duì)碳納米管儲(chǔ)氫性能的影響；(3)用堿金屬K<'+>修飾球磨后的碳納米管以改善其儲(chǔ)氫性能。采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)等手段考察了球磨前后碳納米管外觀形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)和表面信息的變化。 研究結(jié)果表明： (1)單壁碳納米管的儲(chǔ)氫性能優(yōu)于多壁碳納米管。在77K、1.94MPa時(shí)，單壁碳納米管儲(chǔ)氫量為2.34wt.％。多壁碳納米管的管徑越小，儲(chǔ)氫量越大，在

3、77K、1.94MPa時(shí)，管徑最小的多壁碳納米管儲(chǔ)氫量最大為2.20wt.％。 (2)機(jī)械球磨提高了碳納米管的儲(chǔ)氫量。球磨使碳納米管變短、開口，因此氫更容易進(jìn)入碳納米管內(nèi)部。在相同球磨時(shí)間下，不同球磨介質(zhì)中，碳納米管的儲(chǔ)氫量不同，如：在77K、1.9MPa，球磨時(shí)間為2h時(shí)，在空氣中球磨的單壁碳納米管儲(chǔ)氫量為2.6wt.％，在氬氣中為2.55wt.％，在環(huán)己烷中為2.48wt.％；多壁碳納米管(10-20nm)在氬氣中最佳球磨時(shí)

4、間為6h，在環(huán)己烷中最佳球磨時(shí)間為8h。在相同球磨介質(zhì)中，不同球磨時(shí)間下，樣品的儲(chǔ)氫量也不相同，如：多壁碳納米管(10-20nm)在氬氣中分別球磨2h、4h、6h時(shí)，它們?cè)?7K、2.0MPa時(shí)的儲(chǔ)氫量分別為1.6wt.％、1.70wt.％、1.73wt.％。 (3)在碳納米管中摻雜分子篩NaA、SBA-15球磨可以提高其儲(chǔ)氫量，摻雜SBA-15分子篩相對(duì)要好。球磨時(shí)間小于6h時(shí)，在氬氣中球磨比在環(huán)己烷中好：77K、2.0MPa

5、時(shí)，NaA+MWNTs在氬氣中球磨4h后碳納米管的儲(chǔ)氫量為1.79wt.％；在相同條件下，NaA+MWNTS在環(huán)己烷中球磨4h后碳納米管的儲(chǔ)氫量為1.67wt.％。當(dāng)球磨時(shí)間超過6h時(shí)，在環(huán)巳烷中球磨更有利。適當(dāng)延長(zhǎng)球磨時(shí)間可以提高碳納米管儲(chǔ)氫量：在77K、2.0MPa時(shí)，NaA+MWNTs在環(huán)己烷中球磨2h后碳納米管的儲(chǔ)氫量為1.55wt.％，球磨8h后達(dá)到2.06wt.％。 (4)用K<'+>修飾碳納米管可以提高其儲(chǔ)氫量，且