纳米碳管这种材料的贮氢原理是什么

纳米碳管这种材料的贮氢原理是什么

没有原理.这从头到尾就是一条错误的路
1997年3月,〔Nature〕magazine发表题为“单壁碳纳米管中的储氢 (Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes)” 当时正值克林顿总统启动美国氢能源计划(1996年)不久,人们认识到氢在汽车上的储存携带是一个大难题,高效储氢成为热点,由于对储氢的机理认识尚不深入,人们对新材料寄予很大期望.此文根据前人关于毛细管凝聚的理论提出了一个假设,单壁碳纳米管由于壁很薄,管很细,可能在管中凝聚氢,从而形成高效储氢材料.为了吸引读者,作者给出了氢的程序升温脱附数据,但似乎有意混淆了物理吸附-毛细管凝聚与化学吸附的概念,给出的脱附曲线实际上是化学吸附部分,这当然延伸到了常温区,从曲线上也不能解读出有很大吸附量.
两年多以后的99年7月[Science] magazine 发表的一篇题目为“碱掺杂的碳纳米管在常压常温下的高吸氢量”的文章则给出了引人注目的实验数据.这使人耳目一新,大吃一惊,碳纳米管加上碱金属氧化物可以使吸氢的量达到重量比百分之五到百分之二十,而且在接近常温常压下能够完成吸附脱附循环.当时美国能源部认为储氢材料若能够储存氢达到重量比百分之六,同时采用当时的质子交换膜燃料电池,则燃料电池汽车的能效和一次充气的行车里程就可以有商业价值,和汽油车竞争.
同年11月,还是这个杂志,发表了另外一篇论文,题目是“室温下在单壁碳纳米管上的储氢”,同样给出了十分引人注目的实验数据.
这后两篇工作的发表,又是在有名的 [Science] 杂志,似乎假设变成了现实,引导了大量有基础的和感兴趣的一拥而上,形成了碳纳米管储氢研究的热潮.美国能源部、中国国家科技部、基金委等资助机构一时间都把这一课题列入重点资助领域.随后的几年不仅有大量的论文发表,也耗用了大笔纳税人的金钱.
敏感而严肃的资深吸附现象研究者 Ralph T.Yang 教授在99年10月即投稿Carbon(2000年第四期发表)说明[Science]发表的第一篇实验结果是基于错误的实验条件,指出在这一实验条件下氢气中的水蒸气会吸附和凝聚,所以观察到的增重不是因为氢的吸附.杨做了严谨的对比试验,当用含有极微量水分的氢气做原料时重复了Chen等在[Science]发表的实验现象.2001年3月杨教授再次投稿Carbon(2002年第三期发表),采用Ab initio molecular orbital方法,从理论上论证了碳上氢的化学吸附遵循化学吸附的一致原理,也解释了单壁碳纳米管不可能作为储氢材料的目标物质.
天大资深吸附专家周理教授,自2003年开始发表论文,澄清吸附的概念,并花时间系统演绎吸附的理论基础,证明氢在碳纳米管上的大量吸附只有在接近其临界温度时才是可能的.周教授在此之前的国内学术会议和项目论证会议上,即多次论证,常温下吸附储氢,是良好的愿望,而大自然不作美支持.感觉辛酸的是,记得08年在瑞士Villars Sur Ollon组织能源科学讨论会,周教授仍在花时间认真论证氢的吸附原理.这一伪科学假说耗费了一个优秀科学家的多年时光.