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D0I:10.13374/方.issm1001-t63x.2011.01.015 第33卷第1期 北京科技大学学报 Vol 33 No 1 2011年1月 Journal of Un iersity of Science and Technology Beijing Jan 2011 电场增强镍薄膜的氢气吸附性能研究 李轩12倪文”黄建阳)孙翔)张筝 1)北京科技大学金属矿山高效开采教育部重点实验室，北京100083 2)密西根工业大学材料科学与工程系，密西根49931.美国 ☒通信作者，E mail forverli@l26cm 摘要用自制的气体吸附测试装置进行了在电场作用下镍薄膜吸附氮气和氢气的实验·氨气吸附实验结果表明，充电吸附 和放电解吸过程中的电信号可准确表征气体的吸附情况·氢气吸附实验结果表明，电场可以有效提高镍电极对氢气分子的吸 附作用，电场强度越大，氢气吸附量越大·在电场强度不变时，提高氢气压力会对氢气吸附量带来较弱的提高·在电场作用 下，氢气分子会被极化，从而使氢气分子更容易被吸附，并且有助于形成氢团簇 关键词镍电极：吸附作用：氢气；氨气：电场 分类号TQ424 Qualitative exam ination of electric field enhanced hydrogen adsorption on nickel screens LIXuan☒，NIWe》,HUANG Jian yang2,SUN Xiang,ZHANG Zheng 1)Key Laboratory of the M nistry of Education ofChina for H igh EfficientM ning and Safety ofMetalM ines University of Science and Technology Bei jing Beijing 100083 China 2)Deparment of Materials Seience and Engineering M ichigan Technological University M ichigan 49931 USA Corresponding author Email foreverli 126.com ABSTRACT The adsorption behaviors of nitrogen and hydrogen towards nickel screens under various electric fels were studied A selfmade instnment w ith high voltage supply was used for gas adsomption tests Signals detected from gas adsomption tests indicate the adsob behav ior during adsomption and desomption processes D istinctive hydrogen somption enhancement is obtained by apply ng an elec- tric field on the samples The higher the applied electric fied strength is the higher the hydrogen adsomption capacity is achieved in the tests The amounts of adsorption capacity increased w ith increasing gas pressure are not obviously when the applied electric fiel is con- sistent This enhancement is ascribed to stronger interactions between hydmogen and the sobent under electric fiels A stronger ad- somption force is generated by the polarization of hydrogen molecules furthemore the charged species have capabilities to cluster hydro- gen molecules KEY W ORDS nickel electrodes somption:hydmogen:nitrogen:electric fiels 氢能源以储量大、热值高、效率高和清洁无污染 氢等. 等优点被认为是可替代石油的最理想的下一代清洁 Hwang等⑧首先提出将外加电场用于氢气吸附 燃料，但氢气所具有的独特物理化学性质使储存氢 研究，指出电场可以使氢分子发生极化作用，从而形 气技术成为氢能开发和利用的难题和关键技术，目 成氢团簇.L等进行了外加电场对氢气吸附作 前氢气储存技术主要有高压氢气储存、液态氢气存 用的密度泛函理论计算机模拟研究，结果表明，在氢 储、固体吸附储存和氢化物储存等1).在这些储氢 气吸附时，叠加电场可以有效控制石墨对氢气分子 技术基础上科学家又提出了众多新的储氢材料和储 的吸附过程，本文自行设计制作了可用于在电场下 氢方法，其中包括金属间氢化物储氢、金属有机 测试氢气吸附的设备，使用镍薄膜作为电极和吸附 框架储氢)、氨化硼纳米管储氢[和氢溢流作用储 材料进行了在电场下的氢气吸附性能研究， 收稿日期：2010-03-22第 33卷 第 1期 2011年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．33Ｎｏ．1 Ｊａｎ．2011 电场增强镍薄膜的氢气吸附性能研究 李 轩 12） 倪 文 1） 黄建阳 2） 孙 翔 2） 张 筝 2） 1） 北京科技大学金属矿山高效开采教育部重点实验室北京 100083 2） 密西根工业大学材料科学与工程系密西根 49931美国 通信作者Ｅ-ｍａｉｌ：ｆｏｒｅｖｅｒｌｉｘ＠126．ｃｏｍ 摘 要 用自制的气体吸附测试装置进行了在电场作用下镍薄膜吸附氮气和氢气的实验．氮气吸附实验结果表明充电吸附 和放电解吸过程中的电信号可准确表征气体的吸附情况．氢气吸附实验结果表明电场可以有效提高镍电极对氢气分子的吸 附作用电场强度越大氢气吸附量越大．在电场强度不变时提高氢气压力会对氢气吸附量带来较弱的提高．在电场作用 下氢气分子会被极化从而使氢气分子更容易被吸附并且有助于形成氢团簇． 关键词 镍电极；吸附作用；氢气；氮气；电场 分类号 ＴＱ424 Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｅｎｈａｎｃｅｄｈｙｄｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｎｎｉｃｋｅｌ ｓｃｒｅｅｎｓ ＬＩＸｕａｎ 12） ＮＩＷｅｎ 1）ＨＵＡＮＧＪｉａｎ-ｙａｎｇ 2）ＳＵＮＸｉａｎｇ 2）ＺＨＡＮＧＺｈｅｎｇ 2） 1） ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｆｏｒＨｉｇｈ-ＥｆｆｉｃｉｅｎｔＭｉｎｉｎｇａｎｄＳａｆｅｔｙｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉ- ｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｉｃｈｉｇａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭｉｃｈｉｇａｎ49931ＵＳＡ ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒＥ-ｍａｉｌ：ｆｏｒｅｖｅｒｌｉｘ＠126．ｃｏｍ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎｔｏｗａｒｄｓｎｉｃｋｅｌｓｃｒｅｅｎｓｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ａ ｓｅｌｆ-ｍａｄｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗｉｔｈｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｓｕｐｐｌｙｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｔｅｓｔｓ．Ｓｉｇｎａｌｓｄｅｔｅｃｔｅｄｆｒｏｍｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｔｅｓｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅ ａｄｓｏｒｂｂｅｈａｖｉｏｒｄｕｒｉｎｇａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｖｅｈｙｄｒｏｇｅｎｓｏｒｐｔｉｏｎｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙａｐｐｌｙｉｎｇａｎｅｌｅｃ- ｔｒｉｃｆｉｅｌｄｏｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅａｐｐｌｉｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｉｎｔｈｅ ｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅａｍｏｕｎｔｓｏｆａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅａｒｅｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓｌｙｗｈｅｎｔｈｅａｐｐｌｉｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｓｃｏｎ- ｓｉｓｔｅｎｔ．Ｔｈｉｓｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｉｓａｓｃｒｉｂｅｄｔｏｓｔｒｏｎｇｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｔｈｅｓｏｒｂｅｎｔｕｎｄｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓ．Ａｓｔｒｏｎｇｅｒａｄ- ｓｏｒｐｔｉｏｎｆｏｒｃｅｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｍｏｌｅｃｕｌｅｓ；ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅｔｈｅｃｈａｒｇｅｄｓｐｅｃｉｅｓｈａｖｅｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｔｏｃｌｕｓｔｅｒｈｙｄｒｏ- ｇｅｎｍｏｌｅｃｕｌｅｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｎｉｃｋｅｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ；ｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｈｙｄｒｏｇｅｎ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓ 收稿日期：2010--03--22 氢能源以储量大、热值高、效率高和清洁无污染 等优点被认为是可替代石油的最理想的下一代清洁 燃料但氢气所具有的独特物理化学性质使储存氢 气技术成为氢能开发和利用的难题和关键技术．目 前氢气储存技术主要有高压氢气储存、液态氢气存 储、固体吸附储存和氢化物储存等 ［1--3］．在这些储氢 技术基础上科学家又提出了众多新的储氢材料和储 氢方法其中包括金属间氢化物储氢 ［4］、金属有机 框架储氢 ［5］、氮化硼纳米管储氢 ［6］和氢溢流作用储 氢 ［7］等． Ｈｗａｎｇ等 ［8］首先提出将外加电场用于氢气吸附 研究指出电场可以使氢分子发生极化作用从而形 成氢团簇．Ｌｉｕ等 ［9］进行了外加电场对氢气吸附作 用的密度泛函理论计算机模拟研究结果表明在氢 气吸附时叠加电场可以有效控制石墨对氢气分子 的吸附过程．本文自行设计制作了可用于在电场下 测试氢气吸附的设备使用镍薄膜作为电极和吸附 材料进行了在电场下的氢气吸附性能研究． DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2011．01．015