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當(dāng)前，面對世界能源緊缺及日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，開發(fā)利用清潔、高效、可持續(xù)使用的能源，已成為人類面臨的首要問題。氫氣作為一種清潔、安全、高效、可再生的能源，是人類擺脫對“三大能源”依賴的替代能源之一。當(dāng)前，氫能源除了已廣泛應(yīng)用于新能源汽車、航空航天領(lǐng)域外，還能較大范圍應(yīng)用在無人機(jī)、直升機(jī)、高鐵、航運(yùn)船舶等領(lǐng)域中。其中，氫能技術(shù)能否被廣泛利用的關(guān)鍵，在于如何實(shí)現(xiàn)更高效、安全的儲(chǔ)存，目前，沸石作為優(yōu)秀的儲(chǔ)氫介質(zhì)，引起了大量國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。
有望突破新一代儲(chǔ)氫技術(shù)壁壘的材料——沸石
目前，作為最具有競爭力的儲(chǔ)氫方法，多孔吸附材料的儲(chǔ)氫原理是通過吸附增大氣體密度以降低儲(chǔ)氣壓力，其中，沸石被國內(nèi)外研究學(xué)者認(rèn)為是一種優(yōu)秀還有巨大潛力的多微孔儲(chǔ)氫材料，它可以選擇性地吸附大小、形狀不同的分子，并且具有較大的內(nèi)外比表面積，而這些特性是沸石在吸附、氣體存儲(chǔ)等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵所在。
中國科學(xué)院的杜曉明等人研究了沸石對氫的超臨界吸附特性，發(fā)現(xiàn)沸石在低溫性能下儲(chǔ)氫性能良好，其在77 K、5MPa時(shí)，沸石的儲(chǔ)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.97%，其認(rèn)為沸石具有的多孔結(jié)構(gòu)決定了其具有巨大的儲(chǔ)氫量，作為一種新型的吸附儲(chǔ)氫材料，低溫下儲(chǔ)氫性能優(yōu)異。
國外研究學(xué)者Nijikamp等人對沸石儲(chǔ)氫試驗(yàn)研究中表明，在77 K 、1 ×105 Pa 條件下其儲(chǔ)量達(dá)可達(dá)0.7%；增加儲(chǔ)氫壓力至70-90 MPa，沸石的每個(gè)α籠可吸附2-2.5 個(gè)氫分子，氫吸附量至少達(dá)2%，與原有研究中的理論計(jì)算結(jié)果基本相符。
除此之外，當(dāng)前沸石儲(chǔ)氫技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，還將一部分研究重點(diǎn)放在沸石包覆儲(chǔ)氫方面。美國學(xué)者Sesny首次研究了沸石包覆氣體的特性，即在一定的高溫、高壓條件下，沸石的微孔可以存儲(chǔ)大于其孔徑的氣體分子，在25℃下能穩(wěn)定地存在于沸石中。所包覆氣體的平均飽和密度是沸點(diǎn)時(shí)液體密度的50%，大約相當(dāng)于其臨界密度。究其原因，是氣體的動(dòng)力學(xué)直徑大于沸石的孔徑，因而在一般情況下氣體分子不能穿透沸石或在沸石孔道中穿行, 只有在較高壓力和較高溫度下才能進(jìn)入沸石籠中。當(dāng)氣體分子被吸附后通過冷卻和減壓被被包覆在沸石孔中，如果要將其釋放，則需要通過再次加熱，而這一過程與當(dāng)前氫能源汽車的動(dòng)力學(xué)性能不謀而合。
為了實(shí)現(xiàn)氫能的廣泛應(yīng)用，研發(fā)高效、低成本、低能耗的儲(chǔ)氫技術(shù)是革新的關(guān)鍵。目前，各種儲(chǔ)氫材料各有千秋，若兼顧安全、成本、容量考慮，沸石依托于自身優(yōu)勢與特性，為未來儲(chǔ)氫材料發(fā)展提供了廣闊前景，國內(nèi)外諸多研究學(xué)者、科研機(jī)構(gòu)紛紛通過不斷的試驗(yàn)論證來證明其作為新一代主流儲(chǔ)氫材料的可靠性。并且，受沸石結(jié)構(gòu)具有儲(chǔ)氫特性的啟發(fā) , 一系列以沸石為原材料的微孔儲(chǔ)氫材料在不斷地被合成出來，目前也已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域中。由此可見，發(fā)掘儲(chǔ)氫性能優(yōu)異的沸石是儲(chǔ)氫技術(shù)領(lǐng)域的未來主要研究方向與發(fā)展趨勢，并且其在整個(gè)氫能的開發(fā)與利用領(lǐng)域的作用也是不可小覷的！
