过渡金属掺杂对有序介孔碳复合材料的电化学嵌氢性能影响的研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

近年来,氢能由于其高效性和无污染性成为人们眼中一种极具潜力的清洁能源,已然成为未来新能源发展的趋势,而氢的储存是开发利用氢能的关键。储氢材料是伴随着氢能的开发研究,在近几十年发展起来的新型功能材料。从20世纪60年代至今,储氢材料的研究处于迅速的发展过程中,在高科技领域所处位置日益重要。研究和开发储氢材料已成为当今世界各国竞相研究的热门课题。

储氢材料是一类能可逆地吸收和释放氢气的材料,它将氢气储存在液体或固体中,一定程度上提高了能量密度;同时,存储和释放氢气需要在特定的条件下才能完成。就目前的研究来看,储氢材料储存氢气的方法包括物理吸附储氢(碳基材料,金属有机框架材料等)和化学储氢(储氢合金、配位氢化物、有机液体等)。

储存氢气的方法中,固态储存是利用物理吸附的方式吸收氢气或者利用化学反应让氢气与金属生成氢化物等将氢储存于固体材料中,在需要氢气时让氢化物分解或者氢气脱吸附将氢气释放出来。固态储存氢气是继气态储氢和液态储氢之后最有前途的研究发现,其具有体积储氢容量高;安全性好、无爆炸危险;无需高压及隔热容器等优势。故而,寻找和研制高性能的储氢材料成为目前研究储氢的当务之急。

碳基材料,一直以来都是绿色电源体系中应用最为广泛的电极材料之一。活性炭因具有超高的比表面积,使其能够作为吸附剂,在中低温下物理吸附分子氢,同时,研究表明活性炭还具有电化学储氢性能,这引起了广泛的关注。近年来,随着纳米技术的发展,一系列新型碳纳米材料相续问世。其新颖的结构,优异的性能,给新材料研究和开发者带来了期望,推动了这些新型材料在储氢方面的应用。碳基材料之所以受欢迎不仅仅是因为质量轻,还有化学稳定性好、形式多样等特点。美国能源部专门设立了研究碳基储氢材料的财政资助,我国也将纳米碳材料的储氢研究列入了2000年国家自然科学基金资助项目。

多孔碳材料具有高比表面积、导电性、化学惰性以及低密度等特点,已在众多科技领域得到广泛应用,如作为吸附剂、催化剂载体、储能器件的电极材料等。多孔碳材料一般通过煤、生物质或者聚合物等前驱体的高温热解并经物理、化学改性制得。然而,通过这些传统的方法一般难以有效控制孔隙结构,获得的多孔碳材料往往包含无序连接且形状各异的孔。

介孔材料是一种具有巨大表面积和三维孔道结构的新型碳材料,其研究和开发对于理论研究和实际生产都具有重要意义。

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