先进储氢材料导论朱敏科学出版社 epub pdf mobi txt 电子书下载 2024

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朱敏著

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发表于2024-11-27

商品介绍

店铺：诺鼎言图书专营店

出版社：科学出版社

ISBN：9787030449054

商品编码：26797078356

包装：精装

出版时间：2015-06-01

先进储氢材料导论朱敏科学出版社 epub pdf mobi txt 电子书下载 2024

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书籍描述

图书基本信息
图书名称	先进储氢材料导论	作者	朱敏
定价	150.0元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030449054	出版日期	2015-06-01
字数	605000	页码
版次	1	装帧	精装
开本	16开	商品重量	0.4Kg

内容简介

　　由朱敏主编的《先进储氢材料导论(精)》主要内容包括镁基合金储氢材料、配位氢化物储氢材料、金属-N-H体系储氢材料、氨硼烷及其衍生物储氢材料、金属有机框架(MOFs)与共价有机框架(COFS)储氢材料等高容量储氢材料，储氢材料的制备与表征，储氢材料的应用，既全面深入论述储氢材料特别是新发展的储氢材料的基础理论，也注重材料制备、表征与应用。本书全面系统地阐述先进储氢材料科学技术发展中的新技术、新成果、新产品和新理论，且全面提供各种储氢材料的主要物理和化学性能，具有很强的先进性、科学性和参考价值。
　　本书可供氢能、材料及其他相关行业领域的科研技术人员和学生阅读参考。

作者简介

目录

编辑推荐
《先进储氢材料导论》可供氢能、材料及其他相关行业领域的科研技术人员和学生阅读参考。

文摘

第1章引言
　　1.1概述1766年英国科学家卡文迪什（H.Cavendish）收集到铁、锌与反应产生的气体，并发现该气体与空气燃爆，与空气的1/5转化成水。这实际上非常准确地描述了氢气与氧气燃烧生成水的反应，但可惜的是卡文迪什受到燃素学说的局限，认为那个气体是来自金属中的燃素，未能正确指出这是由酸中产生的氢气。11年后，法国化学家拉瓦锡（A.Lavoisier）指出可燃气体是水的一部分，并将之命名为氢（hydrogen）［1］。氢不仅广泛存在于各种与人类生活密切相关的化合物中，如水、碳氢化合物等，也是大量使用的重要工业原料。
　　由于氢具有很高的能量密度，用作燃料是其重要的用途。特别是自20世纪70年代发生石油危机以来，大量使用化石能源引起资源短缺的问题，这一问题得到了能源严重依赖进口的发达国家的高度重视。进入21世纪以来，大量使用化石能源带来的污染和温室气体排放等环境问题日趋突出。这两方面的原因极大地刺激并推动了太阳能、风能、地热、潮汐、生物质等清洁可再生能源的发展。这些清洁的可再生一次能源具有不稳定、时间局限、地域局限等特点，需用合适的二次能源载体对它们进行储存和输出。氢不仅能量密度高，且燃烧的产物是水，是十分理想的二次能源载体。但是氢能的规模利用必须解决氢的制取、储存与输运、氢能转换等关键技术。对这些关键技术的研究受到了世界各发达国家的广泛重视，在过去几十年各发达国家和地区纷纷推出研究计划和示范项目进行推进。如美国能源部（Department of Energy，DOE）的“氢燃料电池项目”（Hydrogen and Fuel Cells Program），欧盟的第六和第七研究框架中的氢燃料电池平台计划，日本的“日光计划”和“新日光计划”中的氢能及燃料电池的基础和应用研究项目，我国的“973计划”、“863计划”中的燃料电池、氢能专项。
　　发展高性能的储氢材料是解决氢的储存与输运的重要途径，各国科学家已为此努力了近50年，并取得了巨大的进展。一些储氢材料已得到广泛应用，有力地推动了氢能的利用。本章简要介绍氢的基本性质、氢能与储氢材料。
　　1.2氢的基本性质
　　氢元素氢元素位于元素周期表之首，是轻的元素，其相对原子质量为1.008。氢在地球中的储量丰富，是自然界分布广的元素之一，它在地壳中的丰度以质量计为0.76%，如以原子分数计，则为17%［2］。氢主要存在于水和大气中。氢共有三个同位素，即氕、氘、氚，其中氕和氘为稳定的同位素，丰度分别为99.984%和0.0156%，氚为放射性同位素。氢原子的玻尔半径仅为0.053nm，约为氧原子的二分之一。因此，氢原子易存在于固体材料的晶格间隙中，也易于在固体中扩散。例如，室温条件下氢在Pd中的扩散系数是2.9×10-3cm2/s［3］，而氧仅是1.9×10-5cm2/s［4］。这种情况实际上可看成是对氢透过而对氧不透过。利用这种特性可进行氢分离或对氧活性高的储氢材料进行抗氧化保护，如在镁的表面包覆一层仅20nm的Pd，该包覆层氢可容易穿透，而氧难以穿透，这样可保证镁与氢反应，同时避免了镁被氧化［5］。另外，金属中的氢对其力学性能也有显著的影响，由氢引起的金属氢脆就是典型的例子［6］。
　　氢原子仅有一个核外电子，既可失去电子，也可得到电子，因此，氢的化学性质十分活泼，几乎可与除惰性气体之外的周期表中所有元素发生反应。氢可以正氢（H+）、负氢（H-）和原子氢（H0）的状态存在。原子氢与金属或合金以金属键结合，形成金属氢化物，如PdH0.7、LaNi5H6等。负氢与众多金属以离子键形式结合形成离子化合物，如LiH、MgH2、AlH3等，这些氢化物构成储氢材料的重要来源。此外，氢与许多元素反应，形成共价键型的化合物，如各种碳氢化合物，其中如甲烷（CH4）、乙醇（C2H5OH）是目前使用的重要燃料或燃料的组成部分。此外，还有一些复杂的化合物由多个含氢基团构成，有的基团中氢为正氢，有的为负氢，如NH3BH3的NH3基团中氢为正氢，而在BH3基团中氢为负氢。这类复杂的化合物也是储氢材料的重要基础物质。
　　纯氢通常以气态方式存在，即两个氢原子结合生成一个氢分子（H2）。标准状态下氢气的密度为0.0899kg/m3。图1-1是纯氢的相图。由图可见，氢气在一个标准大气压（即101.325kPa）下需冷却到-252.7℃(20.3K)的低温下才能转变成液态，液氢的密度是70.8kg/m3。将标准状态的氢气转变为液氢消耗的功为15.2kWh/kg，这约占到了氢气燃烧产生能量的二分之一。而得到固态氢则需要-262℃的苛刻条件。按氢的电子结构特点，固态氢应有金属特性，因此又称金属氢。理论预测金属氢应具有高温超导等特性［7］。但由于金属氢存在的条件太苛刻，研究金属氢十分困难。近李新征等通过理论计算提出由于氢原子核本身的核量子效应［8］，在900~1200GPa压力下，氢可能以一种低温金属液体的形式存在。
　　图1-1氢的温度压力相图
　　1.3氢能与氢的储存
　　1.3.1清洁能源系统
　　能源是人类生产和社会活动的基本保障。随着人类社会经济的发展，能源的消耗量不断增加，特别是18世纪工业革命之后，人类社会对煤炭、石油、天然气等化石能源的消耗急剧增加。化石能源的大量使用产生了两方面的问题：一是环境污染问题，二是能源资源枯竭的问题。
　　以煤炭和石油为主的化石能源的使用会排放大量的CO2、SO2等污染物，造成过量温室气体排放、酸雨、雾霾等一系列的环境问题。据估算，每燃烧1t标准煤，会排放2419kg CO2。而随着地球人口的增加和生活水平的提高，能源的消耗量还将持续增加。表1-1是目前和预测的化石能源年消耗量［9］。显然，随着化石能源消耗量的不断增加，大气中CO2含量的变化也不断增加，特别是近年来呈加速增长的趋势。从后一个冰河期结束到工业革命开始前，地球CO2的体积分数基本保持在0.027%，地球的气温也比较稳定。18世纪工业革命以来，这一状况发生了明显的变化，21世纪初，其体积分数约为0.038%。据有关气候模型的研究，当CO2体积分数达到约0.045% 时，地球的气温将比0.027%时上升约2℃，这将对社会生产和生活带来紊乱和干扰，近年来天气频发可能与此有关。如果地球气温继续上升，将对全球气候和地理造成巨大影响［10］。在此形势下，低碳经济低碳经济（low carbon economy，LCE）的概念应势而生。所谓低碳经济是指通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展低碳经济，实现人类社会可持续发展，已成为世界各国的普遍共识。近年来，国际社会制订了诸如《京都议定书》（1997年12月）、《哥本哈根协议》（2009年12月）等一系列协议和文件，为全球迈向低碳经济起到了积极的推动作用。我国也十分重视环境保护和新能源发展。2009年9月，

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