氫與氫能（第二版）

目錄　
第1章　氫能特征與氫經(jīng)濟(jì)　1　
1.1　氫與氫能　1　
1.1.1　氫的基本特性　1　
1.1.2　氫氣的能量　2　
1.1.3　與液態(tài)燃料的比較　6　
1.1.4　氫能與環(huán)境　7　
1.1.5　灰氫、青氫、藍(lán)氫和綠氫　9　
1.1.6　氫能源市場(chǎng)　10　
1.1.7　氫能源路線圖　13　
1.2　各國(guó)能源消耗及特點(diǎn)　15　
1.2.1　能源需求增長(zhǎng)　15　
1.2.2　能源消耗結(jié)構(gòu)　15　
1.2.3　我國(guó)的能源消耗特點(diǎn)和問(wèn)題　17　
1.3　氫能的特點(diǎn)和利用形式　20　
1.3.1　能源發(fā)展趨勢(shì)　20　
1.3.2　氫能的四大特點(diǎn)　22　
1.4　氫氣的供給　24　
1.4.1　氫氣的生產(chǎn)　24　
1.4.2　各種制氫方法和成本　26　
1.4.3　氫源選擇的“四要素”　28　
1.4.4　氫與電的相關(guān)性　29　
1.5　氫能的利用形式　30　
1.5.1　氫氣的傳統(tǒng)用途　30　
1.5.2　氫能源利用形式和體系　31　
1.5.3　現(xiàn)在氫能應(yīng)用開發(fā)動(dòng)態(tài)和主要的問(wèn)題　34　
1.6　可再生能源與氫能源　38　
1.6.1　可再生能源及其制氫　38　
1.6.2　生物質(zhì)能　40　
1.7　氫能源社會(huì)的發(fā)展與各國(guó)的動(dòng)態(tài)　42　
1.7.1　美國(guó)和加拿大氫能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展動(dòng)態(tài)　43　
1.7.2　歐洲氫能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展動(dòng)態(tài)　46　
1.7.3　日本氫能源經(jīng)濟(jì)的發(fā)展動(dòng)態(tài)　46　
1.7.4　澳大利亞氫能開發(fā)　49
1.7.5　韓國(guó)氫能源開發(fā)　51　
1.7.6　我國(guó)氫能源開發(fā)和利用　51　
參考文獻(xiàn)　53　
第2章　氫的基本性質(zhì)　55　
2.1　氫的形成、存在和發(fā)現(xiàn)　55　
2.2　氫原子　56　
2.3　氫的同位素　57　
2.4　氫氣　58　
2.4.1　H2的分子結(jié)構(gòu)　58　
2.4.2　氫氣的核自旋異構(gòu)體　59　
2.4.3　氫氣的物理性質(zhì)　60　
2.4.4　液態(tài)和固態(tài)氫　63　
2.4.5　金屬氫　64　
2.5　氫的核聚變反應(yīng)　65　
2.5.1　核聚變反應(yīng)的原理　65　
2.5.2　人工核聚變反應(yīng)　66　
2.5.3　人工核聚變裝置　68　
2.5.4　人工核聚變工程　71　
2.6　氫的化學(xué)性質(zhì)　72　
2.6.1　氫原子的電子結(jié)構(gòu)和成鍵特征　72　
2.6.2　氫與非金屬的反應(yīng)　73　
2.6.3　氫與金屬的反應(yīng)　74　
2.6.4　氫在冶金中的應(yīng)用　74　
2.6.5　氫與過(guò)渡金屬的配位反應(yīng)　74　
2.6.6　氫在石油化工中的應(yīng)用　75　
2.7　氫化物　76　
2.7.1　概述　76　
2.7.2　金屬氫化物　77　
2.7.3　主族元素與氫的共價(jià)型化合物　78　
2.7.4　配位氫化物　79　
2.7.5　高壓氫化物相　80　
2.8　氫化物的研究方法　80　
2.8.1　壓力–成分等溫線　80　
2.8.2　熱分析　82　
2.8.3　核磁共振　82　
2.8.4　紅外光譜　83　
2.8.5　中子衍射　84
參考文獻(xiàn)　84　
第3章　氫氣制備　86　
3.1　化石燃料制氫　88　
3.1.1　煤炭制氫　89　
3.1.2　天然氣制氫　90　
3.2　高溫分解制氫　93　
3.2.1　甲醇裂解制氫　93　
3.2.2　工業(yè)副產(chǎn)氫　95　
3.2.3　氨分解制氫　95　
3.3　電解水制氫　99　
3.3.1　電解水制氫原理　99　
3.3.2　電解水制氫現(xiàn)狀　99　
3.4　核電制氫　106　
3.5　生物質(zhì)制氫　107　
3.5.1　光合生物制氫　107　
3.5.2　生物發(fā)酵制氫　111　
3.6　光催化制氫　114　
3.6.1　太陽(yáng)能熱化學(xué)制氫　115　
3.6.2　太陽(yáng)能光電化學(xué)制氫　115　
3.6.3　光解水制氫　115　
3.7　小結(jié)　123　
參考文獻(xiàn)　124　
第4章　氫分離和提純　128　
4.1　變壓吸附提純氫氣　129　
4.1.1　變壓吸附技術(shù)的基本原理　130　
4.1.2　吸附床的吸附穿透曲線　132　
4.1.3　變壓吸附的基本操作　132　
4.1.4　變壓吸附的吸附劑　133　
4.2　膜分離　134　
4.2.1　膜分離的機(jī)理　135　
4.2.2　多孔膜材料　137　
4.2.3　有機(jī)高分子膜　139　
4.2.4　透氫金屬膜　140　
4.3　Benfield法　146　
4.4　深冷分離　148　
4.4.1　冷凝法　148　
4.4.2　膨脹機(jī)法　149　
4.5　重氫的分離　149
4.5.1　氫同位素的特性　149　
4.5.2　重氫的核聚變反應(yīng)　150　
4.5.3　重氫提純回收　151　
4.5.4　氫同位素的分離濃縮　156　
參考文獻(xiàn)　162　
第5章　高壓儲(chǔ)氫　165　
5.1　高壓氫氣的壓縮　165　
5.1.1　氫氣的壓縮因子和壓縮后的密度　165　
5.1.2　氫氣壓縮后的氫原子間距　166　
5.1.3　氫氣壓縮機(jī)　167　
5.1.4　氫氣的壓縮功耗　169　
5.2　氫氣的加注　171　
5.2.1　氫氣加注的方法　171　
5.2.2　氫氣加注過(guò)程中溫度的變化　172　
5.2.3　氫氣加注機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)用　173　
5.3　高壓儲(chǔ)氫容器　174　
5.3.1　高壓儲(chǔ)氫容器的發(fā)展　174　
5.3.2　輕質(zhì)高壓儲(chǔ)氫容器的設(shè)計(jì)和制備　177　
5.4　高壓儲(chǔ)氫的風(fēng)險(xiǎn)和控制　180　
5.4.1　高壓儲(chǔ)氫的使用風(fēng)險(xiǎn)　180　
5.4.2　高壓儲(chǔ)氫的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估　181　
5.4.3　高壓儲(chǔ)氫使用的標(biāo)準(zhǔn)　181　
5.4.4　高壓儲(chǔ)氫使用的安全檢測(cè)　182　
5.4.5　高壓儲(chǔ)氫的風(fēng)險(xiǎn)控制　183　
5.5　高壓儲(chǔ)氫的應(yīng)用　184　
5.5.1　運(yùn)輸用大型高壓氫氣容器　184　
5.5.2　蓄氣站大型高壓氫氣容器　185　
5.5.3　燃料電池車用高壓儲(chǔ)氫　186　
5.5.4　小型高壓儲(chǔ)氫罐的應(yīng)用　188　
5.5.5　高壓管道供氫　189　
參考文獻(xiàn)　190　
第6章　液態(tài)儲(chǔ)氫及應(yīng)用　191　
6.1　液態(tài)氫氣的生產(chǎn)　191　
6.2　液態(tài)氫的儲(chǔ)存　196　
6.2.1　液氫設(shè)備的絕熱材料　196　
6.2.2　液氫儲(chǔ)罐　197　
6.3　液氫的輸運(yùn)　200　
6.3.1　常溫容器加注液氫的冷卻特性　200
6.3.2　液氫的輸送方式　201　
6.3.3　液氫儲(chǔ)藏型加氫站　203　
6.4　液氫的應(yīng)用　205　
6.4.1　液氫在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用　205　
6.4.2　液氫在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用　207　
6.4.3　液氫的其他應(yīng)用　209　
參考文獻(xiàn)　210　
第7章　液態(tài)有機(jī)氫載體儲(chǔ)氫　212　
7.1　液態(tài)有機(jī)氫載體概述　212　
7.2　小分子醇醛胺酸型液態(tài)有機(jī)氫載體　215　
7.2.1　甲酸　215　
7.2.2　其他小分子醇醛胺酸型液態(tài)有機(jī)氫載體　219　
7.3　芳香化合物型液態(tài)有機(jī)氫載體　223　
7.3.1　芳香烴　223　
7.3.2　氮雜環(huán)芳香烴　227　
7.3.3　硼氮雜環(huán)芳香烴　236　
參考文獻(xiàn)　237　
第8章　物理吸附儲(chǔ)氫材料　245　
8.1　氣體吸附原理及物理儲(chǔ)氫的特點(diǎn)　245　
8.1.1　吸附等溫線的類型　246　
8.1.2　吸附等溫方程　247　
8.2　碳材料的發(fā)展及儲(chǔ)氫性能　249　
8.2.1　活性炭　249　
8.2.2　碳納米管及石墨烯　249　
8.2.3　生物質(zhì)衍生碳材料　250　
8.2.4　碳材料的開發(fā)與研究前景　251　
8.3　金屬有機(jī)骨架材料的儲(chǔ)氫性能　251　
8.3.1　研究現(xiàn)狀　251　
8.3.2　與氫氣作用機(jī)理　253　
8.3.3　儲(chǔ)氫性能的影響因素和發(fā)展方向　254　
8.4　多孔高分子的儲(chǔ)氫性能　256　
8.4.1　共價(jià)有機(jī)骨架材料　256　
8.4.2　共軛微孔高分子材料　256　
8.4.3　多孔高分子材料的研究前景　258　
8.5　三種物理吸附材料的比較　258　
8.5.1　孔道結(jié)構(gòu)　258　
8.5.2　吸附位點(diǎn)　258　
8.5.3　儲(chǔ)氫容量　259
參考文獻(xiàn)　259　
第9章　儲(chǔ)氫合金和金屬氫化物　263　
9.1　儲(chǔ)氫合金的工作原理和設(shè)計(jì)　263　
9.1.1　儲(chǔ)氫合金簡(jiǎn)介　263　
9.1.2　儲(chǔ)氫合金的歷史發(fā)展及現(xiàn)狀　263　
9.1.3　儲(chǔ)氫合金的工作原理　265　
9.1.4　儲(chǔ)氫合金的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)　270　
9.2　稀土儲(chǔ)氫材料　273　
9.2.1　LaNi5基AB5型儲(chǔ)氫材料　273　
9.2.2　非AB5型新型稀土儲(chǔ)氫合金　276　
9.3　Mg和MgH2基儲(chǔ)氫材料　279　
9.3.1　Mg單質(zhì)儲(chǔ)氫材料　279　
9.3.2　Mg-M(M=Ni，Co，F(xiàn)e等)體系儲(chǔ)氫材料　282　
9.4　Ca基儲(chǔ)氫材料　284　
9.5　Ti基合金儲(chǔ)氫材料　288　
9.5.1　Ti基二元合金體系　290　
9.5.2　Ti-Cr-Mn基三元合金體系　292　
9.5.3　Ti-V-Mn基三元合金體系　299　
9.6　V基體心立方固溶體合金儲(chǔ)氫材料　301　
9.6.1　V-Ti-Fe合金體系　304　
9.6.2　V-Ti-Ni合金體系　305　
9.6.3　V-Ti-Cr合金體系　306　
9.7　Zr基合金儲(chǔ)氫材料　308　
9.7.1　Zr-V基合金體系　310　
9.7.2　Zr-Cr基合金體系　311　
9.7.3　Zr-Mn基合金體系　311　
9.8　Pd基固溶體儲(chǔ)氫材料　311　
9.9　低維材料儲(chǔ)氫材料性能　313　
9.9.1　納米顆粒儲(chǔ)氫理論計(jì)算　313　
9.9.2　尺寸效應(yīng)　314　
9.9.3　薄膜材料的儲(chǔ)氫研究　315　
9.9.4　薄膜的氫致光變特性　316　
9.9.5　氫致光變特性材料的應(yīng)用　321　
參考文獻(xiàn)　323　
第10章　無(wú)機(jī)非金屬儲(chǔ)氫材料　330　
10.1　引言　330　
10.2　無(wú)機(jī)非金屬氫化物　331　
10.2.1　基本特征　331
10.2.2　電子結(jié)構(gòu)和成鍵特性　332　
10.2.3　吸放氫反應(yīng)機(jī)理　334　
10.3　金屬鋁氫(Al-H)化物　335　
10.3.1　合成方法　335　
10.3.2　晶體結(jié)構(gòu)　336　
10.3.3　吸放氫性能　338　
10.3.4　吸放氫性能改善與系統(tǒng)開發(fā)　342　
10.4　金屬氮?dú)?N-H)化物　345　
10.4.1　合成方法　345