化学储氢方法

1. 化学储氢方法

化学储氢方法包括非金属氢化物储氢和金属氢化物储氢。
前者是将氢储存在有较高储氢能力的化合物中，如甲烷、氨或不饱和烃等，以备不时分解使用，是不可逆储存；后者可使氢气与能够氢化的金属或合金相化合，以固体金属氢化物的形式储存起来，如镍基、铁基和镁基等合金，是可逆储存。因无游离氢气，不易和外界的空气或氧气形成可燃混合物，安全可靠。

2. 储氢材料是依靠什么实现析氢，放氢的

2Li+H2=2LiH
反应中Li从0价升到+1价,为还原剂；H从0价降到-1价,为氧化剂
所以反应1的还原剂是Li
LiH+H2O=LiOH+H2
反应中LiH中的-1价H升到0价,做还原剂；H2O中的部分+1价H降到0价,做氧化剂
所以反应2的氧化剂是水
用锂吸收224L（10mol）H2,生成20molLiH,质量为20*8=160g,体积为160/0.82=195ml
所以生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为0.195:224=1:1149
LiH+H2O=LiOH+H2
20molLiH生成20molH2
能量转化率为80％,所以实际参与反应的H2有20*80%=16mol
1molH2在电池的电极反应中失去2mol电子,所以所有的H2在反应中一共转移了32mol电子,即导线中通过电子的物质的量为32mol

3. 固态储氢相对于气态和液态储氢而言有何优点？其基本原理如何

不同储氢方式的比较
1气态储氢
气态储氢的 缺点能量密度低不太安全
2液态储氢
液态储氢的缺点 能耗高对储罐绝热性能要求高
3固态储氢
固态储氢的优点体积储氢容量高无需高压及隔热容器安全性好无爆炸危险可得到高纯氢提高氢的附加值
2.1 体积比较
2.2 氢含量比较

4. 金属贮氢原理

传统贮氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气，但钢瓶贮存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆炸的危险；另一种方法是贮存液态氢，将气态氢降温到－253
0C变为液体进行贮存，但液体贮存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。近年来，一种新型简便的贮氢方法应运而生，即利用贮氢合金（金属氢化物）来贮存氢气。
研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将贮存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为贮氢合金。
贮氢合金的贮氢能力很强。单位体积贮氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于贮存了1000个大气压的高压氢气。

5. 贮氢材料的原理

　　某些过渡金属、合金和金属间化合物，由于特殊的晶体结构，使氢原子容易进入其晶格间隙中并形成金属氢化物，因此储氢量很大，可贮存比其本身体积大1000～1300倍的氢，当加热时氢就能从金属中释放出来。氢在金属中的这种吸入和释放，取决于金属和氢的相平衡关系并受温度、压力和组分的制约。通常，贮氢材料的贮氢密度都很大，比标准状态下的氢密度(5．4×1019at/cm3)高出几个数量级，甚至比液氢的密度(4．2×1022at/cm3)还高。由于贮氢材料具有上述特性，用它储运氢气既轻便又安全，不仅无爆炸危险，还有可贮存时间长又无损耗等优点。氢，普遍被认为是人类最理想的清洁的高密度能源，燃烧时只产生水而没有污染物，对环境保护有利。但要实现氢能源体系，氢的贮存问题首先要顺利解决，因此研究贮氢材料特别重要。
　　已实用和研究发展中的贮氢材料主要有：①镁系贮氢合金。主要有镁镍、镁铜、镁铁、镁钛等合金。具有贮氢能力大（可达材料自重的5.1%～5.8%）、价廉等优点，缺点是易腐蚀所以寿命短，放氢时需要250℃以上高温。②稀土系贮氢合金。主要是镧镍合金，其吸氢性好，容易活化，在40℃以上放氢速度好，但成本高。③钛系贮氢合金。有钛锰、钛铬、钛镍、钛铁、钛铌、钛锆、钛铜及钛锰氮、钛锰铬、钛锆铬锰等合金。其成本低，吸氢量大，室温下易活化，适于大量应用。④锆系贮氢合金。有锆铬、锆锰等二元合金和锆铬铁锰、锆铬铁镍等多元合金。在高温下（100℃以上）具有很好的贮氢特性，能大量、快速和高效率地吸收和释放氢气，同时具有较低的热含量，适于在高温下使用。 ⑤铁系贮氢合金。主要有铁钛和铁钛锰等合金。其贮氢性能优良、价格低廉。

　　贮氢材料(hydrogen storage material)是在一般温和条件下，能反复可逆地（通常在一万次以上）吸入和放出氢的材料。又称贮氢合金或储氢金属问化合物。这种材料在一定温度和氢气压强下能迅速吸氢，适当加温或减小氢气压强时又能放氢的材料。
　　贮氢材料多为易与氢起作用的某些过渡族金属、合金或金属间化合物。由于这些金属材料具有特殊的晶体结构，使得氢原子容易进入其晶格的间隙中并与其形成金属氢化物。其贮氢量可达金属本身体积的1000～1300倍。氢与这些金属的结合力很弱，一旦加热和改变氢气压强，氢即从金属中释放出来。

　　贮氢材料用途
　　贮氢材料用途广泛，除用于氢的存贮、运输、分离、净化和回收外，还可用于制作氢化物热泵；以贮氢合金制造的镍氢电池具有容量大、无毒安全和使用寿命长等优点；利用贮氢合金可制成海水淡化装置和用于空间的超低温制冷设备等。

　　特性
　　贮氢材料须具备以下基本特性：

　　1、在不太高的温度下，贮氢量大，释氢量也大。
　　2、氢化物的生成热，一般在29～46kJ/mol(7～11Keal/克分子)氢之间。
　　3、成本低，原料来源广。
　　4、经多次吸、放氢，性能不衰减，即使有衰减，经再生处理后也能恢复到原来水平。
　　5、有较平坦和较宽的平衡压平台区，即大部分氢均可在一稳定的压力范围内放出。(6)容易活化，反应动力学性能好。(7)吸入、放出氢的压力差小等。

　　功能
　　金属贮氢材料是一种多功能的功能材料，下述功能，可供开发出多种高新技术产品。


　　释放化学能
　　它所放出的氢可供直接燃烧产物，或供其他所需部门使用，如半导体生产，燃氢汽车，燃料电池发电，氢能电动车等。

　　热功能
　　贮氢材料在吸、放氢过程中，同时有热量的放出和吸入，利用这一吸、放热的功能，可开发出热泵、贮热、回收热等节能设备。

　　压力和机械能
　　金属贮氢材料吸、放氢时，有一定平衡压，随温度的升高，其平衡压将迅速升高。如某些贮氢材料贮氢后的平衡压在100℃时达5～12MPa的压力。

　　电化学功能
　　贮氢材料本身具有一定的电化学催化功能，同时，所释放出的氢也极易转化成电能，因此可利用此功能开发二次电池。

　　细化功能
　　贮氢材料在多次吸、放循环后，将自粉碎成细粉，利用这一功能可制成超细粉末，如制备超细合金和金属粉末等，在技术上有很大潜力。

　　催化功能
　　贮氢材料在某些有机化学加氢以及合成氨工业中作为催化剂已显示出有独特作用，可望研制成低温低压合成氨催化剂。其他如分离氢的同位素功能，吸气功能，净化功能等尚有待进一步开发。

　　种类
　　主要有钛铁系，镧镍系，镁镍系和钛铬系等。


　　钛铁系
　　属AB型，A代表钛，B代表铁、钴、镍等，最常见的为钛铁贮氢材料，贮氢量可达占材料自重的1．75%～1．89%。最初有一活化的难题，在高真空条件下，加热到300～400℃才开始吸氢。中国科学家解决了这一难题，在室温条件下一般真空度就可开始吸氢。此材料原料来源广，成本低，有利于大量使用。德国研制的氢能汽车、美国研制的燃料电池电动车，就是以钛铁贮氢罐供氢的。

　　镧镍系
　　属AB5型，A代表镧及混合稀土系金属，B代表镍、钴等，贮氢量为1．4%～1．5%，它可在室温下活化，吸、放氢平衡压为O．1～0．5MPa(20～30℃)，放氢压力稳定。为降低成本，改善性能，现已广泛使用混合稀土金属或富镧混合稀土金属取代镧，也可以用铝、铁等取代部分镍。

　　镁镍系
　　属A2B型(。Mg2Ni)，是一种较早研制成的贮氢材料，贮氢量可达3．4%～6．O%，但放氢温度要求在250～320℃之间，限制了其应用。在贮存太阳能等技术中可发挥其优越性。
　　钛铬系
　　典型代表是Ticr2，属AB2型，进一步发展为TiZrCrMnVFe，德国HWT公司有商品贮氢罐出售，他们已制成可贮存2000m3的大型贮氢罐，经改性后这类贮氢材料还可满足不同用途的需要。

　　钒系
　　里鲍茨(libowitz)提出的体心立方型钒系贮氢材料，它的熵值高，可用于设计成高效热泵，是新一类贮氢合金系列。

　　应用
　　贮氢材料应用很广，而且仍在不断发展中。


　　制作镍氢电池
　　金属氢化物可再充式电池(简写为Ni—MH电池)是贮氢材料应用取得最显著实际成就的新领域，日本在1994年已生产AA型镍氢电池2亿支，我国在1994年生产AA型Ni—MH电池近100万支，生产Ni—MH电池用的贮氢材料近100t。

　　贮氢922和净化氢
　　贮氢材料贮氢后，其体积浓度大于液氢，几种贮氢材料贮氢后的浓度(每立方厘米中的氢原子数×1022)分别为：液氢(20K)4．2，FeTiH 1.7 6．O，LaNi5H 6.7 6.1，ZrH27.3，TiH29.2同时，贮氢后一般只有O．5～2．0MPa的压力，比高压钢瓶贮氢安全，比液氢也安全，成本低。贮氢材料贮氢后放出的氢，纯度可达99．9999%。

　　制造热泵
　　为回收各种热能和贮热。过去用贮氢材料二段式热泵一次升温，发展到三段式热泵二次升温，可使65～75℃的废热水产生蒸汽用于再发电。并可利用环境热、太阳能热源制成空调机和贮热，或用于化工厂、冶金厂、发电厂的废热回收。

　　制造压缩机和致冷器
　　用贮氢材料可制成静态氢压缩机和深冷致冷器。已制成的25K致冷器可用于空间探测、红外探测系统中的冷源，它只须以水为介质和以太阳能作低级能源即可工作。还可以制成77K。液氮致冷器。利用贮氢材料制成的压缩机可用于高压氢装瓶，还可利用太阳能制成海水淡化装置等。

　　用于氢同位素分离
　　利用一种或几种新型贮氢材料，可分离同位素氘、氚，以及贮存氘、氚，这在军事工业中有很重要的作用。

　　用作催化剂
　　贮氢材料用作催化剂早有报导，如LaNis、TiFe等用于常温低压合成氨工艺以及某些有机化合物加氢工艺。

　　用作温度传感器
　　利用上述贮氢材料产生压力的功能以及不同贮氢材料的P—c一T曲线的不同数值，将一小型贮氢器上的压力表改成温度指示盘，经校正后即成温度指示器。它体积小，不怕震动，美国SystemDonier公司生产的这种温度指示器，广泛用于各种喷气飞机上。它还可以改制成火警报警器和窗户自动开闭器等。

　　作机器人的动力装置
　　也是利用贮氢材料的压力和机械能功能，某些贮氢材料加热到100℃即可达到6～13MPa的压力，则可用于机器人动力系统的激发器、动力源。其特点是没有旋转部件反应灵敏，便于控制，反弹和振动小。

　　用作吸气剂
　　由于某些贮氢合金有较强的吸气能力，特别对氢、COz、CO、水分、甲烷均有一定吸附能力，因此可作为吸气剂，以保持各种真空器件长时间的高真空，在技术上有重要作用。

　　发展电动车
　　电动汽车的关键技术是可移动式高效高密度蓄电池。可充式二次电池有多种多样，其中能量密度最高、寿命最长、成本最低、功率密度最大者首推带有高效供氢系统的质子交换膜式燃料电池，这种供氢系统就是由贮氢材料制成的贮氢罐。在21世纪初，这种清洁的电动车，将是城市交通的必然发展趋势，需求量将是极大的。

　　发展趋势
　　贮氢材料正向多元化，高容量，低成本方向发展，向复合材料过渡，正在采用新技术。例如有报道说经磁性技术搅拌贮氢量可大大提高。在改善贮氢材料的性能方面的技术还有： (1)表面微包覆技术；(2)表面化学处理技术；(3)薄膜技术，即将贮氢材料制成薄膜；(4)贮氢材料的浆料技术，即利用某些有机液体与贮氢材料混成均匀浆料，有利于改善贮氢材料的导热性能及流动性。

　　其他制备贮氢材料的新工艺有采用铝热还原法及自蔓延高温合成技术从钛铁矿、钒铁矿直接还原成贮氢材料，还有回收和再生贮氢材料的技术等。

6. 氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈，目前所采用或正在研究的主要储氢材料有：配位氢化物、富氢载体化合物、

     （1）①1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 或[Ar]3d 2 (2分)②正四面体(2分)（2）ABCD（2分，少选不给分)（3）①非极性(2分)　②90×6.02×10 23 (或90 mol)(2分)（4）   (2分)         试题分析：：（1）①钛是22号元素，Ti 2+ 核外有20个电子，根据构造原理知其基态核外电子排布式为：1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 ，故答案为：1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2 ；②BH 4  - 中B原子价层电子对=4+1/2(3+1?4×1)＝4，且没有孤电子对，所以是正四面体结构，故答案为：正四面体；（2）a．NH 3 分子中N原子含有3个共用电子对和一个孤电子对，所以其价层电子对是4，采用sp 3 杂化，故正确；b．相同压强时，氨气中含有氢键，PH 3 中不含氢键，所以NH 3 沸点比PH 3 高，故正确；c．[Cu（NH 3 ） 4 ] 2+ 离子中，N原子提供孤电子对，所以N原子是配位原子，故正确；d．CN - 的电子式为  ，故错误；故选abc；（3）①苯、CS 2 都是非极性分子，根据相似相溶原理知，C 60 是非极性分子，故答案为：非极性；②利用均摊法知，每个碳原子含有0.5×3＝1.5个σ 键，所以1mol C 60 分子中，含有σ 键数目=1.5×1mol×60×N A /mol=90N A ，故答案为：90N A ；（4）该晶胞中镁  故答案为  .    

7. 储氢材料的简介

储氢材料hydrogen storage material20世纪70年代以后，由于对氢能源的研究和开发日趋重要，首先要解决氢气的安全贮存和运输问题，储氢材料范围日益扩展至过渡金属的合金。如镧镍金属间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质：每克镧镍合金能贮存0.157升氢气，略为加热，就可以使氢气重新释放出来。LaNi5是镍基合金，铁基合金可用作储氢材料的有TiFe，每克TiFe能吸收贮存0.18升氢气。其他还有镁基合金，如Mg2Cu、Mg2Ni等，都较便宜。

8. 简述储氢材料的特点与应用前景

储氢材料的特点与应用前景如下：
1、活化容易；2、平衡压力适中且平坦,吸放氢平衡压差小；3、抗杂质气体中毒性能好；4、适合室温操作。

储氢材料一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。不同储氢方式的比较：1、气态储氢气态储氢的 缺点：能量密度低；不太安全2、液态储氢液态储氢的缺点： 能耗高；对储罐绝热性能要求高3、固态储氢固态储氢的优点：体积储氢容量高；无需高压及隔热容器；安全性好，无爆炸危险；可得到高纯氢，提高氢的附加值。常见储氢材料：目前储氢材料有金属氢化物、碳纤维碳纳米管、非碳纳米管、玻璃储氢微球、络合物储氢材料以及有机液体氢化物。下面仅就合金、有机液体以及纳米储氢材料三个方面对储氢材料加以介绍。1、合金储氢材料储氢合金是指在一定温度和氢气压力下,能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物,其原理是金属与氢形成诸如离子型化合物、共价型金属氢化物、金属相氢化物-金属间化合物等结合物,并在一定条件下能将氢释放出来。2、液态有机物储氢材料有机液体氢化物贮氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应, 即加氢和脱氢反应来实现的。加氢反应时贮氢,脱氢反应时放氢, 有机液体作为氢载体达到贮存和输送氢的目的。3、纳米储氢材料纳米储氢材料分为两种方式，一种是将原有的储氢材料纳米化，还有一种就是开发新的纳米材料作为储氢材料。储氢合金纳米化提高储氢特性主要表现在以下几个方面原因：（1）对于纳米尺寸的金属颗粒，连续的能带分裂为分立的能级，并且能级间的平均间距增大，使得氢原子容易获得解离所需的能量；（2）纳米颗粒具有巨大的比表面积，电子的输送将受到微粒表面的散射，颗粒之间的界面形成电子散射的高势垒，界面电荷的积累产生界面极化，而元素的电负性差越大，合金的生成焓越负,合金氢化物越稳定。金属氢化物能够大量生成，单位体积吸纳的氢的质量明显大于宏观颗粒；（3）纳米贮氢合金比表面积大，表面能高，氢原子有效吸附面积显著增多，氢扩散阻力下降，而且氢解反应在合金纳米晶的催化作用下反应速率增加，纳米晶具有高比例的表面活性原子，有利于反应物在其表面吸附，有效降低了电极表面氢原子的吸附活化能,因而具有高的电催化性能。；（4）晶粒的细化使其硬度增加，贮氢合金的整体强度随晶粒尺寸的增加而增强，这对于抗酸碱及抗循环充放粉化，以及抵抗充放电形成的氧压对贮氢基体的冲击大有裨益，并且显著提高了贮氢合金耐腐蚀性。是一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。
最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。20世纪70年代以后，由于对氢能源的研究和开发日趋重要。
首先要解决氢气的安全贮存和运输问题，储氢材料范围日益扩展至过渡金属的合金。如镧镍金属间化合物就具有可逆吸收和释放氢气的性质：每克镧镍合金能贮存0.157升氢气，略为加热，就可以使氢气重新释放出来。LaNi5是镍基合金，铁基合金可用作储氢材料的有TiFe，每克TiFe能吸收贮存0.18升氢气。其他还有镁基合金，如Mg2Cu、Mg2Ni等，都较便宜。储氢合金的应用方面很多，除了以上介绍的内容外，还在空调与制冷，热泵、热-压传感器、加氢和脱氢反应催化剂等方面都可得到应用。