碳納米管儲(chǔ)氫技術(shù)的研究

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    正如我們所知,氫氣成本低且效率高,在能源日益顯現(xiàn)不足和燃油汽車(chē)造成人類生存環(huán)境極大污染的今天,以氫燃料作為汽車(chē)燃料的呼聲日益高漲.從90年代起,許多發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了系統(tǒng)的氫能研究計(jì)劃,其短期目標(biāo)是氫燃料電池汽車(chē)的商業(yè)化.現(xiàn)在利用氫能的障礙是氫氣的規(guī)�；�存儲(chǔ)和運(yùn)輸。碳納米管由于其管道結(jié)構(gòu)及多壁碳管之間的類石墨層空隙,成為最有潛力的儲(chǔ)氫材料,并是當(dāng)前研究的熱點(diǎn).碳納米管儲(chǔ)氫的優(yōu)越性將使碳納米管燃料電池成為最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦推��?chē)動(dòng)力源.
    研 究:
    美國(guó)國(guó)立可再生能源實(shí)驗(yàn)室[1]采用TPDS(程序控溫脫附儀)測(cè)量單壁納米碳管(SWNT)的載氫量,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)在130K、4×104 Pa條件下的載氫量為5wt%一10wt%,并認(rèn)為SWNT是唯一可用于氫燃料電池汽車(chē)的儲(chǔ)氫材料.這是世界上關(guān)于碳納米管儲(chǔ)氫的第一篇報(bào)道.后來(lái)他們[2]又用強(qiáng)超聲波處理SWNT并使納米管在室溫、50kPa條件下吸氫,測(cè)得6.5wt%的儲(chǔ)氫量.
    美國(guó)加州理工學(xué)院[3]將激光燒蝕法制備的SWNT 進(jìn)行純化處理,測(cè)量氫氣在80K,0~12MPa條件下的吸附量,結(jié)果表明低壓段(<4MPa)吸附量較低,認(rèn)為氫分子主要吸附在管束的外表面,當(dāng)壓力達(dá)到4MPa時(shí),等溫線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn),斜率增大;12MPa時(shí)吸附量達(dá)到8wt%.
    中科院金屬所[4]用半連續(xù)氫電弧法合成了高質(zhì)量的SWNT(直徑1.85±0.05nm),納米管束的直徑約2O nm.用容積法測(cè)得室溫、10 MPa時(shí)的儲(chǔ)氫量為4.2 wt% ,但在常溫常壓下約21%一25%的氫氣不能脫附,加熱至473K則全部脫附.Liu等認(rèn)為常溫常壓下未脫附的氫氣可能與化學(xué)吸附有關(guān),并認(rèn)為其管徑較大(普通SWNT 直徑為1.2—1.4nm)可能是吸附量大的原因.
    與此同時(shí),有些研究者對(duì)以上研究結(jié)果提出了質(zhì)疑.
    德國(guó)普朗克鐵研究所公司[5]報(bào)道77K、10 MPa納米管的吸氫量為2 wt%,而同條件下具有狹縫孔結(jié)構(gòu)的活性炭達(dá)到5.5 wt%.他們認(rèn)為參考文獻(xiàn)[1]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(5wt%一10wt%)不能單純用物理吸附來(lái)解釋.
    美國(guó)General Motors R&D Center[6]在11MPa,80一500℃條件下測(cè)定了9種不同的碳材料的儲(chǔ)氫性能,指出任何有關(guān)碳材料在常溫下儲(chǔ)氫量大于1 wt%的報(bào)道都是不可靠的,認(rèn)為過(guò)高的儲(chǔ)氫量是由實(shí)驗(yàn)誤差導(dǎo)致的.
    從現(xiàn)有的研究結(jié)果及理論計(jì)算來(lái)看,碳納米管儲(chǔ)氫能力達(dá)到美國(guó)的DOE標(biāo)準(zhǔn),即6.5%和62kg/m,是非常有希望的(除了個(gè)別學(xué)者認(rèn)為不可能外),部分學(xué)者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)了這一標(biāo)準(zhǔn).雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果和見(jiàn)解比較離散,但是大家還是達(dá)成了一些基本共識(shí):①吸附量與表面積成正比關(guān)系.②吸附的區(qū)域大致在管內(nèi)和管外,或陣列的間隙處.③碳納米管的直徑對(duì)吸附量有影響.④ 表面活化或摻雜對(duì)吸附量起著重要甚至于決定性作用.[7]
    專利:
    關(guān)于碳納米管儲(chǔ)氫方面的專利,國(guó)內(nèi)外都公開(kāi)了一些,見(jiàn)下表(部分),并且選取部分簡(jiǎn)單介紹.
    專利號(hào) 公開(kāi)日 專利申請(qǐng)人 名稱
    CN1259581A 2000-7-12 南開(kāi)大學(xué) 儲(chǔ)氫合金/碳納米管復(fù)合儲(chǔ)氫材料
    CN1398664
    CN1398782 2003-2-26 武漢理工大學(xué) 儲(chǔ)氫金屬或儲(chǔ)氫合金修飾的一維納米碳儲(chǔ)氫材料
    經(jīng)微波等離子體刻蝕的一維納米碳儲(chǔ)氫材料及其制備方法
    US2005118091 2005-06-02 COOPER ALAN C 利用碳納米管材料儲(chǔ)氫
    JP2004292310 2004-10-21 AIR WATER INC 碳納米管制備方法及儲(chǔ)氫體
    JP2004059409 2004-02-26 NAKAMURA JUNJI 碳納米材料的制備方法及儲(chǔ)氫材料
    JP2004313906 2004-11-11 NISSAN MOTOR 儲(chǔ)氫材料、儲(chǔ)氫體、儲(chǔ)氫設(shè)備、燃料電池及制備儲(chǔ)氫材料的方法
    KR2001091479 2001-10-23 LEE YOUNG HEE 使用碳納米管的儲(chǔ)氫技術(shù)
    JP2001146408 2001-05-29 TOKYO SHIBAURA ELECTRIC CO 儲(chǔ)氫材料及生產(chǎn)方法
    JP2004026604 2004-01-29 TOYOTA MOTOR CORP 儲(chǔ)氫材料
    南開(kāi)大學(xué)2000年7月12日公開(kāi)的CN1259581A儲(chǔ)氫合金/碳納米管復(fù)合儲(chǔ)氫材料,涉及復(fù)合儲(chǔ)氫材料,特別是儲(chǔ)氫合金/碳納米管復(fù)合儲(chǔ)氫材料的制造,它包括儲(chǔ)氫合金和碳納米管,其中儲(chǔ)氫合金的重量含量范圍為1~90%,采用催化裂解或機(jī)械復(fù)合方法制備.
    武漢理工大學(xué)2003年2月26日公開(kāi)的CN1398782經(jīng)微波等離子體刻蝕的一維納米碳儲(chǔ)氫材料及其制備方法,提供了一種一維納米碳儲(chǔ)氫材料及其制備方法.特點(diǎn)是采用微波等離子體刻蝕方法對(duì)一維納米碳表面進(jìn)行刻蝕,從而由表及里地增加和增大氫的擴(kuò)散通道,使更多的氫進(jìn)入到一維納米碳的內(nèi)部,提高一維納米碳的儲(chǔ)氫容量。該發(fā)明的一維納米碳儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫容量為2.5~4.5wt%.
    美國(guó)公開(kāi)號(hào)為US2005118091的專利公開(kāi)了一種含有單壁碳納米管的儲(chǔ)氫材料,其中多數(shù)碳納米管的直徑在0.4-1.0 nm的范圍內(nèi),平均長(zhǎng)度小于等于1000 nm.這種材料的氫吸收熱在4-8 kcal/mole H2范圍內(nèi).并且透露了利用此材料存儲(chǔ)氫和釋放氫的過(guò)程.
    日本JP2001146408的專利公開(kāi)了在室溫可穩(wěn)定儲(chǔ)氫的碳材料.這種儲(chǔ)氫材料的組成:包含直徑<=10 nm的 8族金屬粒子的催化劑,具有環(huán)狀石墨結(jié)構(gòu)表面的碳納米管內(nèi)壁.可化學(xué)吸附氫,從而提高了束縛能,甚至在室溫下也能穩(wěn)定地吸附氫氣.
    由于對(duì)碳納米管儲(chǔ)氫的研究起步較遲,還有許多方面如循環(huán)特性、儲(chǔ)氫熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為、如何進(jìn)一步提高其質(zhì)量?jī)?chǔ)氫容量和體積儲(chǔ)氫容量、儲(chǔ)放氫機(jī)理等,需要進(jìn)行深入細(xì)致的研究。此外,納米管的儲(chǔ)氣和解吸的溫度、壓力和動(dòng)力學(xué)可能與納米管的直徑和長(zhǎng)徑比有關(guān),控制這些參數(shù),并提高產(chǎn)量、純度等條件將能得到具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的儲(chǔ)氫材料,有望推動(dòng)和促進(jìn)氫能源的利用,特別是氫能燃料電池汽車(chē)的早日實(shí)現(xiàn).
    最近,碳納米管儲(chǔ)氫技術(shù)又有了新進(jìn)展.2005年7月26日,美國(guó)NIST和Turkey's Bilkent大學(xué)發(fā)現(xiàn),鈦修飾碳納米管可以解決有效儲(chǔ)氫的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:不但能夠吸附足夠數(shù)量的氫分子,而且可以在加熱時(shí)輕易地釋放.[8]
    參考文獻(xiàn):
    [1]Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes
    Nature.1997.386 (27) 377— 379
    [2]Proceedings of the US D0E Hydrogen Program Review ,2000
    [3]Hydrogen adsorption and cohesive energy of single—walled carbon nanotubes
    Appl. Phys. Lett,1999.74:2307— 2309.
    [4]Hydrogen Storage in Single-Walled Carbon Nanotubes at Room Temperature
    Science,1999,286(5):1127— 1129
    [5]Hydrogen storage in carbon nanostructures 
    J. Alloys & Compounds, 2002, 330/332:654-658
    [6]Hydrogen storage capacity of carbon nanotubes, filaments, and vapor-grown fibers    Carbon,2001.39:2291—2301
    [7]碳納米管儲(chǔ)氫特性研究.桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 2004,24(5)47-63
    [8]Titanium and Nanotubes Improve Fuel Cell Storage Capacity
    http://www.smalltimes.com/document_display.cfm?document_id=9631&keyword=carbon%20and%20nanotube&summary=1&startsum=1

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關(guān)鍵詞：線網(wǎng)規(guī)劃 城市快速軌道交通 規(guī)劃方法

　　1.概述

　　城市快速軌道交通（地鐵與輕軌）是大城市公共客運(yùn)交通的骨干，是大眾化、大運(yùn)量、獨(dú)立專用軌道的城市客運(yùn)系統(tǒng)。同時(shí)又是城市的大型基....

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摘要：研究了組件技術(shù)和特征造型技術(shù)，并以“金銀花”系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)為實(shí)例對(duì)基于組件開(kāi)發(fā)三維CAD系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了深入研究，給出了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和組件結(jié)構(gòu)。

    關(guān)鍵....

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“縱觀當(dāng)今世界，凡是在設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)大的國(guó)家和地區(qū)，無(wú)不設(shè)立有政府或國(guó)家級(jí)設(shè)計(jì)組織的工業(yè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，如英國(guó)的‘設(shè)計(jì)委員會(huì)獎(jiǎng)’、日本的‘GD獎(jiǎng)’、美國(guó)的‘IDEA獎(jiǎng)’、德國(guó)的‘IF獎(jiǎng)’、意大利的‘總統(tǒng)三年大獎(jiǎng)’、丹麥的‘DG....

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從1993年開(kāi)始，網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)<Internet>以令人難以想象的速度發(fā)展，至今已滲透到世界各個(gè)角落，其所構(gòu)建出來(lái)的網(wǎng)絡(luò)世界，比電視對(duì)人類文明具有更大、更深遠(yuǎn)的沖擊,并把人類文明帶向一個(gè)新的里程。 

網(wǎng)絡(luò)世代的到來(lái)，代表....

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【摘要】　　 本文試圖揭示文化發(fā)展的一條主線：從認(rèn)識(shí)與創(chuàng)造實(shí)踐中向人類自我認(rèn)識(shí)的回歸。在這條線索下，從回歸自我關(guān)懷的角度看設(shè)計(jì)的產(chǎn)生、發(fā)展及其在文明發(fā)展中的作用，闡明設(shè)計(jì)的價(jià)值追求。 
【關(guān)鍵詞】　 文化　 設(shè)計(jì)　....

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信息時(shí)代、知識(shí)經(jīng)濟(jì)的來(lái)臨，迅速深刻地改變著人類社會(huì)，對(duì)我們傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)制造方式、通訊交流方式、學(xué)習(xí)、管理方式、工作和生活方式以及我們的思想觀念都將產(chǎn)生重大的、深遠(yuǎn)的影響。科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，以經(jīng)濟(jì)實(shí)力為基礎(chǔ)的綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)，其核心是科學(xué)....

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一. 后現(xiàn)代設(shè)計(jì)的出現(xiàn)及其發(fā)展 

設(shè)計(jì)中的后現(xiàn)代概念首先出現(xiàn)于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域。美國(guó)建筑家、理論家羅伯特·文圖里（Robert Venturi）最早明確提出了反現(xiàn)代主義的設(shè)計(jì)思想。他于1966年出版的《建筑的復(fù)雜性與矛盾性》（....

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“在我的潛意識(shí)里，用鼠標(biāo)畫(huà)畫(huà)，早已和用一支筆或一根油畫(huà)棒作畫(huà)沒(méi)有什么兩樣了。這一媒介使我操作起電腦來(lái)更快、更好，而且也更便宜。” 
----摘自（英）安格斯·赫蘭德的《畫(huà)筆與鼠標(biāo)插圖畫(huà)家尼克·辛吉斯訪問(wèn)彭塔格萊娜設(shè)計(jì)有限....