中國粉體網(wǎng)訊  氫氣被認為21世紀最低碳環(huán)保的能源之一。氫能具有清潔無污染、來源廣泛,、燃燒性能好、潛在經(jīng)濟效益高、可由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能等優(yōu)點,，同時能夠儲存能量,，具有質(zhì)量輕、能量密度高,、綠色環(huán)保,、儲存方式與利用形式多樣、可持續(xù)發(fā)展等特點,，是一種重要的二次能源,，因而引起了世界各國的能源開發(fā)者們的廣泛關(guān)注。

氫能系統(tǒng)

氫氣的儲存方法分為兩大類,。一類是物理儲氫方法,，例如低溫液化儲氫法、玻璃微球儲氫法,、高壓壓縮儲氫法若干類,。第二類為化學(xué)儲氫方法，包括：配位氫化物儲氫法,、金屬氫化物儲氫法以及碳基納米材料儲氫法若干類,。

石墨烯儲氫原理

石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)賦予它質(zhì)量輕、比表面積巨大,、穩(wěn)定性高等特點,，使它成為儲氫材料中的首選材料。石墨烯儲氫原理主要分為以下三種：

一是石墨烯的物理吸附,，利用石墨烯優(yōu)異的比表面積,，將氫氣以分子的形式儲存和釋放。該技術(shù)不會出現(xiàn)原子態(tài)氫,，但是主要問題是未經(jīng)摻雜的純石墨烯和氫分子的結(jié)合能過低,，導(dǎo)致氫氣的儲存需要在很低的溫度條件下。

二是通過摻雜其他元素制備改性石墨烯,，達到理想儲氫效果,。目前摻雜元素主要集中在堿金屬、堿土金屬,、過渡金屬及類金屬等元素上,，改性后的石墨烯能夠充分提高材料的儲氫能力。

三是利用石墨烯將氫能轉(zhuǎn)化為其他形式的能達到儲氫的目的,。例如利用石墨烯優(yōu)異的電化學(xué)性能將氫能快速的轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,，達到電化學(xué)儲氫的目的。

石墨烯儲氫性能的改進方法

由石墨烯儲氫的原理可以知道,，單純用石墨烯并不能達到我們想要的儲氫效果,，而通過摻雜其他元素制備改性石墨烯,，可以達到理想的儲氫效果。

①堿金屬摻雜

通過在石墨烯中摻雜堿金屬（Alkalimetals,AM）,，能夠大幅度提高石墨烯與氫分子的結(jié)合能,。摻雜堿金屬的石墨烯與氫分子發(fā)生相互作用，誘發(fā)氫分子發(fā)生極化,，其中化學(xué)吸附占主導(dǎo)地位,，直接導(dǎo)致了較強的氫氣結(jié)合能和較高的氫氣儲存能力。

摻雜堿金屬后石墨烯的主要性質(zhì)

②堿土金屬修飾

堿土金屬（Alkaliearth metals,AEM）與堿金屬在化學(xué)性質(zhì)上很相似,，當使用這類金屬元素修飾石墨烯時,，可改變石墨烯的電子狀態(tài)，使得氫氣分子在石墨烯表面的吸附更容易進行,，從而大幅提高儲氫能力,。

摻雜堿土金屬后石墨烯的主要性質(zhì)

③非金屬元素摻雜

金屬原子修飾的石墨烯雖然可以吸附氫氣，但是它與石墨烯的結(jié)合能較小,，極有可能在自身較高內(nèi)聚能的作用下發(fā)生團聚,，從而削弱石墨烯的儲氫能力。如果摻雜非金屬元素,，則有助于進一步提高修飾原子與石墨烯的結(jié)合能,。

摻雜硼、氮和硅等非金屬后石墨烯的主要性質(zhì)

④過渡金屬元素摻雜

研究發(fā)現(xiàn),，過渡金屬元素（Transitional materals,TM）與Ｈ₂之間的Kubas作用增強了摻雜石墨烯對氫氣的吸附能力,。原因為該作用使得氫氣的ｓ電子轉(zhuǎn)移到過渡金屬的空ｄ軌道，而過渡金屬填充的ｄ電子也會轉(zhuǎn)移到Ｈ₂的空軌道,，形成反成鍵,，使得被吸附的氫氣介于物理吸附與化學(xué)吸附之間的中間狀態(tài)。對于儲氫材料來說,，這也是所期望得到的結(jié)果,。

摻雜過渡族金屬后石墨烯的主要性質(zhì)

石墨烯儲氫研究方向

盡管在石墨烯儲氫材料領(lǐng)域取得了的巨大的研究進展但還有許多問題值得進一步深入研究，比如：

（1）繼續(xù)研究輕金屬配位氫化物儲氫體系,，尋找集各種單體儲氫材料優(yōu)點于一體的復(fù)合儲氫體系,。

（2）研究如何有效的克服石墨烯與其他納米材料復(fù)合所產(chǎn)生的團聚現(xiàn)象。

（3）通過實驗試著將輕金屬配位氫化物與石墨烯進行復(fù)合測試其儲氫容量,。

參考來源：

羅連偉.儲氫材料的研究分析

傅建龍.新型氫能儲備技術(shù)研究進展現(xiàn)狀

朱恩福.石墨烯儲氫性能的研究進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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