氫與氫能（第二版）

目錄　
第1章　氫能特征與氫經(jīng)濟　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、藍氫和綠氫　9　
1.1.6　氫能源市場　10　
1.1.7　氫能源路線圖　13　
1.2　各國能源消耗及特點　15　
1.2.1　能源需求增長　15　
1.2.2　能源消耗結(jié)構(gòu)　15　
1.2.3　我國的能源消耗特點和問題　17　
1.3　氫能的特點和利用形式　20　
1.3.1　能源發(fā)展趨勢　20　
1.3.2　氫能的四大特點　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)動態(tài)和主要的問題　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　氫能源社會的發(fā)展與各國的動態(tài)　42　
1.7.1　美國和加拿大氫能源經(jīng)濟的發(fā)展動態(tài)　43　
1.7.2　歐洲氫能源經(jīng)濟的發(fā)展動態(tài)　46　
1.7.3　日本氫能源經(jīng)濟的發(fā)展動態(tài)　46　
1.7.4　澳大利亞氫能開發(fā)　49
1.7.5　韓國氫能源開發(fā)　51　
1.7.6　我國氫能源開發(fā)和利用　51　
參考文獻　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　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　太陽能熱化學(xué)制氫　115　
3.6.2　太陽能光電化學(xué)制氫　115　
3.6.3　光解水制氫　115　
3.7　小結(jié)　123　
參考文獻　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　膜分離的機理　135　
4.2.2　多孔膜材料　137　
4.2.3　有機高分子膜　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　162　
第5章　高壓儲氫　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　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　氫氣加注過程中溫度的變化　172　
5.2.3　氫氣加注機的市場應(yīng)用　173　
5.3　高壓儲氫容器　174　
5.3.1　高壓儲氫容器的發(fā)展　174　
5.3.2　輕質(zhì)高壓儲氫容器的設(shè)計和制備　177　
5.4　高壓儲氫的風(fēng)險和控制　180　
5.4.1　高壓儲氫的使用風(fēng)險　180　
5.4.2　高壓儲氫的風(fēng)險評估　181　
5.4.3　高壓儲氫使用的標準　181　
5.4.4　高壓儲氫使用的安全檢測　182　
5.4.5　高壓儲氫的風(fēng)險控制　183　
5.5　高壓儲氫的應(yīng)用　184　
5.5.1　運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氫　186　
5.5.4　小型高壓儲氫罐的應(yīng)用　188　
5.5.5　高壓管道供氫　189　
參考文獻　190　
第6章　液態(tài)儲氫及應(yīng)用　191　
6.1　液態(tài)氫氣的生產(chǎn)　191　
6.2　液態(tài)氫的儲存　196　
6.2.1　液氫設(shè)備的絕熱材料　196　
6.2.2　液氫儲罐　197　
6.3　液氫的輸運　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　210　
第7章　液態(tài)有機氫載體儲氫　212　
7.1　液態(tài)有機氫載體概述　212　
7.2　小分子醇醛胺酸型液態(tài)有機氫載體　215　
7.2.1　甲酸　215　
7.2.2　其他小分子醇醛胺酸型液態(tài)有機氫載體　219　
7.3　芳香化合物型液態(tài)有機氫載體　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　237　
第8章　物理吸附儲氫材料　245　
8.1　氣體吸附原理及物理儲氫的特點　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　金屬有機骨架材料的儲氫性能　251　
8.3.1　研究現(xiàn)狀　251　
8.3.2　與氫氣作用機理　253　
8.3.3　儲氫性能的影響因素和發(fā)展方向　254　
8.4　多孔高分子的儲氫性能　256　
8.4.1　共價有機骨架材料　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　258　
8.5.3　儲氫容量　259
參考文獻　259　
第9章　儲氫合金和金屬氫化物　263　
9.1　儲氫合金的工作原理和設(shè)計　263　
9.1.1　儲氫合金簡介　263　
9.1.2　儲氫合金的歷史發(fā)展及現(xiàn)狀　263　
9.1.3　儲氫合金的工作原理　265　
9.1.4　儲氫合金的設(shè)計與評價　270　
9.2　稀土儲氫材料　273　
9.2.1　LaNi5基AB5型儲氫材料　273　
9.2.2　非AB5型新型稀土儲氫合金　276　
9.3　Mg和MgH2基儲氫材料　279　
9.3.1　Mg單質(zhì)儲氫材料　279　
9.3.2　Mg-M(M=Ni，Co，F(xiàn)e等)體系儲氫材料　282　
9.4　Ca基儲氫材料　284　
9.5　Ti基合金儲氫材料　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基固溶體儲氫材料　311　
9.9　低維材料儲氫材料性能　313　
9.9.1　納米顆粒儲氫理論計算　313　
9.9.2　尺寸效應(yīng)　314　
9.9.3　薄膜材料的儲氫研究　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　323　
第10章　無機非金屬儲氫材料　330　
10.1　引言　330　
10.2　無機非金屬氫化物　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　金屬氮氫(N-H)化物　345　
10.4.1　合成方法　345