单壁纳米碳管的纯化及储氢性能研究

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	单壁纳米碳管的纯化及储氢性能研究
	徐士涛
学位类型	硕士
导师	成会明
	2006-06-22
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料学
关键词	单壁纳米碳管纯化储氢吸附
摘要	能源、环境和可持续发展是当今社会发展的三大主题。环境是人类生存的空间，可持续性是人社会发展的必然需要，而能源是人类生存和发展的基础。清洁能源的利用是保持良好环境和社会可持续发展的前提条件，也是经济发展的必然趋势，氢能被认为是未来最为可行的清洁能源之一。相对于氢能的生产而言，氢能的储运是制约其应用的关键环节。纳米碳管，尤其是单壁纳米碳管（Single-walled carbon nanotubes, SWNTs）被认为是一种极有潜力的储氢材料，但是目前为止文献报道的研究结果离散性较大。单壁纳米碳管不同的制备和预处理方法导致的微观结构和表面状态差异、各研究组实验装置和实验方法的不同都会影响到其储氢性能测试结果。因此对单壁纳米碳管纯化处理和储氢性能的细致、系统研究具有显著的科学意义和重要的实用价值。本文利用物理、化学相结合的方法对氢电弧法制备的单壁纳米碳管进行了纯化研究，结合透射电镜（TEM）、热重分析（TGA）和微孔吸附等现代分析手段表征其结构，优化了工艺参数。对体积法储氢装置进行了改进，使测量结果更加可靠。体积法和重量法相结合，研究了纯化处理前后单壁纳米碳管的储氢性能。研究了影响单壁纳米碳管储氢性能的主要因素。得到的主要结论如下：（1）采用HNO3和H2O2回流水煮对半连续氢电弧法制备的单壁纳米碳管进行了纯化处理，利用低温氮吸附法研究其比表面积和孔径结构。利用透射电镜观察了纯化前后样品的形貌，通过热重分析曲线标定了纯化前后样品中金属粒子的含量。结果表明纯化处理对单壁纳米碳管的中孔孔径分布有很大影响，比表面积变化明显，由50 m2 /g增加到220 m2 /g，样品中金属催化剂的含量由30wt%左右下降到不足1wt%，样品的纯度超过了95wt%，提纯收率大约为33wt%。（2）采用体积法测试了纯化前后样品的储氢容量。结果表明：单壁纳米碳管的储氢量由纯化前的0.6wt% 增加到纯化后的2.8wt%，单壁纳米碳管的储氢量在纯化后有了显著提高，这是由于在纯化过程中管壁和顶端被氧化开口，使氢能够进入中空管腔；同时样品纯化后由无序排列转变为较粗的束状结构，从而营造出大量的堆积孔，增加了储氢位。储氢性能的循环测试结果在一定范围内波动，样品重量储氢量统计结果集中于1～2wt％之间。利用磁悬浮天平测试了单壁纳米碳管样品的储氢性能，测试结果低于1wt%，与同一样品用体积法测试结果基本相符。初步探讨了单壁纳米碳管样品的重量储氢容量与压力的关系，发现两者之间呈线性关系，说明单壁纳米碳管对氢的吸附以物理吸附为主。关键词：单壁纳米碳管，纯化，吸附，孔结构，储氢。
页数	77
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16872
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	徐士涛. 单壁纳米碳管的纯化及储氢性能研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.