Carbon Nanomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Baranowski, Bogdan (EDT)/ Zaginaichenko, Svetlana Yu (EDT)/ Schur, Dmitry V. (EDT)/ Skorokhod, Valer

出品人:

页数:944

译者:

出版时间:2008-9

价格:$ 157.07

装帧:

isbn号码:9781402088971

丛书系列:

图书标签:

Carbon Nanomaterials
Hydrogen Energy
Clean Energy
Energy Storage
Electrocatalysis
Photocatalysis
Fuel Cells
Hydrogen Production
Nanotechnology
Materials Science

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具体描述

The energy arteries of the corporate body of mankind are still fed mainly by fossil fuels; but they are in danger of running dry soon unless new energy sources are made available. One of the most important as well as the most ecologically pure power source is hydrogen, that constitutes the heart of hydrogen power engineering and considered as a future alternative to fossil power sources. The chemistry of carbon nanomaterials and hydrogen materials science will play an important role in hastening the conversion to the Hydrogen Energy System. In this connection the research and application of materials capable of interacting actively with hydrogen, its accumulating and storing will be of the utmost significance. This is of particular actuality for creation of mobile energy sources both for mobile telephones and for hybrid electric cars that are developed by all large car manufacturers of the world. In this connection the hydrogen capacity of carbon nanostructural materials, such as fullerenes, nanotubes, nanofibers and other nanostructures, has aroused a special interest of researchers. Hydriding metals, alloys, nanocarbon and composite materials can store hydrogen safely at relatively low pressures and temperatures. Very many other applications are also possible - such as heating and cooling, waste heat storage, pumping, pressurizing, heat-pumping, hydrogen purifying, deuterium separation, electricity production, etc. As a source of 'clean' energy, hydrogen is also going to be the permanent answer to another global problem caused by utilization of fossil fuels, such as the greenhouse effect, climate change, acid rains, ozone layer depletion, pollution and oil spills.

《新材料驱动的能源革命：从微观视角探索清洁氢能的未来》本书简介在人类社会迈向可持续未来的关键时刻，能源转型已成为时代发展的核心议题。其中，清洁氢能以其零排放、高能量密度和广泛的应用前景，被寄予厚望，有望成为构建低碳社会的重要支柱。然而，要充分释放氢能的潜力，离不开关键材料的突破与创新。本书将带您深入探索，那些在微观尺度上展现出惊人特性的新型材料，如何以前所未有的力量，驱动清洁氢能系统的发展，引领能源革命走向新的高度。本书并非简单罗列材料特性，而是致力于揭示这些前沿材料与清洁氢能系统之间错综复杂的内在联系。我们将从基础科学出发，深入浅出地剖析构成清洁氢能系统的各个关键环节，包括氢气的生产、储存、运输和应用。在每个环节中，本书都将聚焦于那些能够带来颠覆性变革的新型材料，并详细阐述它们如何解决当前技术瓶颈，提升系统效率，降低成本，最终实现氢能的大规模普及。第一篇：微观世界的魔术师——清洁氢能材料的基石在新能源领域，材料的创新是推动技术进步的根本动力。本篇将为您呈现一系列在原子和分子层面展现出独特性能的新型材料，它们为清洁氢能系统的发展奠定了坚实的基础。原子级精确的催化剂：氢能的生产，特别是电解水制氢，离不开高效的催化剂。本书将深入探讨如何通过精确控制原子排列，设计出具有极高活性和稳定性的催化材料。我们将详细介绍贵金属催化剂的替代方案，例如基于过渡金属氧化物、硫化物以及碳基纳米结构的催化剂，分析它们在析氧反应（OER）和析氢反应（HER）中的作用机制。理解催化剂表面的电子结构、活性位点以及与反应物之间的相互作用，对于设计下一代高性能制氢催化剂至关重要。我们将剖析不同材料在催化性能、选择性和长期稳定性方面的优势与挑战，并展望通过纳米技术和理论计算相结合，实现催化剂的理性设计。量子效应与储氢新篇章：氢的储存是清洁氢能系统化应用的关键瓶颈之一。传统的储氢方式存在储氢密度低、安全性问题或高能耗等缺点。本篇将重点介绍利用材料的量子效应和纳米结构特性来实现高效储氢的最新进展。我们将探讨金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）这类具有高比表面积和可调孔道结构的材料，它们如何通过物理吸附或化学吸附来提高氢的储存密度。此外，我们还将深入研究金属氢化物、液态有机氢化物载体以及新型碳材料（如多孔碳、碳纳米管）在储氢领域的应用潜力，分析其储氢机理、储氢容量、吸放氢动力学以及在不同温度压力条件下的性能表现。理解这些材料的微观结构与其宏观储氢性能之间的关系，是开发下一代安全、高效储氢技术的关键。高性能膜材料的革新：在燃料电池等应用中，质子交换膜（PEM）起着至关重要的作用，它决定了燃料电池的效率和寿命。本书将聚焦于新型质子传导膜材料的研发，以克服现有聚合物膜在高温、低湿度和稳定性方面的不足。我们将介绍基于新型聚合物、无机纳米填料复合膜以及固态电解质等材料的探索，分析它们在提高质子传导率、降低电子导电性、增强机械强度和化学稳定性方面的潜力。此外，本书还将探讨用于气体分离和纯化的先进膜材料，例如用于氢气纯化的金属有机框架膜或碳基膜，它们如何实现高通量、高选择性的氢气分离，从而保证燃料电池等下游应用所需的高纯度氢气。第二篇：清洁氢能系统的集成与优化仅仅拥有高性能的材料是不够的，如何将这些材料有效地集成到清洁氢能系统中，并对其进行优化，以实现整体效率的最大化，是本书重点探讨的另一个维度。燃料电池：从微观界面到宏观性能：燃料电池是将氢能转化为电能的核心设备。本书将深入剖析燃料电池内部的微观界面，包括催化剂层、气体扩散层和电解质膜之间的相互作用，以及它们如何影响整体电化学性能。我们将详细探讨纳米催化剂的形貌、尺寸、载体以及与电解质的界面设计，如何优化氧还原反应（ORR）和氢氧化反应（HOR）的动力学。同时，我们将分析气体扩散层材料的孔隙结构、疏水性以及导电性对气体传输和反应区域的影响。此外，本书还将关注新型电解质材料，如固态氧化物燃料电池（SOFC）中的陶瓷电解质和高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）中的新型质子传导材料，分析它们在提高工作温度、延长寿命和降低成本方面的优势。电解槽：效率提升的关键设计：电解水制氢是当前最受关注的制氢技术之一。本书将深入剖析不同类型电解槽（如碱性水电解槽、质子交换膜水电解槽、固体氧化物电解槽）的结构设计和工作原理，并重点关注新型材料在提升电解效率、降低能耗方面的作用。我们将详细介绍高性能催化剂在提高析氧和析氢反应活性方面的作用，以及如何通过优化电极结构和传质设计来降低欧姆损耗。此外，本书还将探讨新型隔膜材料在提高离子传导效率、抑制气体混合方面的作用，以及如何通过集成先进的传感和控制系统来优化电解槽的运行。储氢系统：安全、高效的能量载体：氢气的安全、高效储存是实现其广泛应用的前提。本书将从材料的角度，系统地梳理和分析当前主流的储氢技术，包括高压气态储氢、液态储氢、金属氢化物储氢、化学氢化物储氢以及上述提到的新型吸附材料储氢。我们将深入探讨每种储氢方式所涉及材料的性能特点、技术挑战以及安全风险。例如，在高压气态储氢方面，我们将关注新型轻质高强度储氢罐材料的发展；在金属氢化物储氢方面，我们将分析合金设计、相变动力学以及吸放氢性能的优化；在液态有机氢化物载体方面，我们将探讨催化剂设计与反应循环效率。本书将侧重于材料微观结构与储氢容量、吸放氢动力学、循环寿命和安全性的关系，为读者提供全面的技术视角。氢能的转化与利用：多领域的协同创新：除了生产和储存，氢能在交通、工业和发电等领域的转化与应用同样离不开先进材料的支持。本书将探讨氢燃料电池在汽车、船舶和无人机等交通工具中的应用，以及相关材料（如燃料电池堆、催化剂、隔膜）的最新进展。在工业领域，我们将关注氢气作为还原剂在钢铁、化工等行业的应用，以及对高纯度氢气供应和储存材料的需求。在发电领域，我们将探讨氢气在燃气轮机中的掺混燃烧以及纯氢燃烧技术，以及对耐高温、抗腐蚀材料的要求。本书将强调材料科学在推动氢能跨领域应用中所扮演的角色，以及不同应用场景下对材料性能的特殊需求。第三篇：面向未来的挑战与机遇清洁氢能的未来发展充满机遇，但也面临着诸多挑战。本书的最后一篇将放眼未来，探讨当前的技术瓶颈、潜在的风险以及未来的发展方向。成本控制与规模化生产：当前，清洁氢能的生产成本仍然较高，这是制约其广泛应用的重要因素。本书将探讨如何通过新材料的研发和生产工艺的优化，降低氢能生产、储存和利用的成本。例如，开发廉价易得的催化剂材料，简化和集成化的储氢系统设计，以及提高燃料电池和电解槽的生产效率。我们将关注材料科学如何为大规模、低成本的氢能产业提供解决方案。安全性与环境影响：氢气作为一种易燃易爆的气体，其安全性是公众关注的焦点。本书将深入分析不同储氢和输运方式所带来的潜在安全风险，并重点介绍材料科学如何在提高储氢安全性（如开发不易燃的储氢材料、设计防泄漏的储氢容器）、监测氢气泄漏以及控制爆炸风险方面发挥作用。同时，我们也将关注新型材料在氢能全生命周期内的环境影响，包括材料的可持续性、回收利用以及对环境的友好程度。政策法规与标准制定：新材料的研发和应用离不开政策法规的支持和标准体系的完善。本书将探讨在新材料出现和技术不断进步的背景下，如何进行相关的政策引导和标准制定，以促进清洁氢能产业的健康发展。材料科学的研究成果将为政策制定者提供重要的技术参考和决策依据。前沿研究与未来展望：本书最后将展望清洁氢能领域前沿的研究方向，包括新型二维材料在催化和储氢中的应用，人工智能和机器学习在材料设计和系统优化中的作用，以及跨学科合作在推动氢能技术突破中的重要性。我们将鼓励读者关注新材料带来的颠覆性机遇，共同塑造一个更加清洁、可持续的能源未来。结语《新材料驱动的能源革命：从微观视角探索清洁氢能的未来》不仅仅是一本关于材料的书，更是关于一个充满希望的未来。它将带领读者穿越微观世界的奇妙，理解材料如何成为连接当下与未来的桥梁。通过深入剖析新材料在清洁氢能系统中的关键作用，本书旨在激发研究人员、工程师、政策制定者乃至公众的思考和行动，共同推动这场关乎人类福祉的能源革命。我们相信，随着新材料的不断涌现和技术的持续突破，清洁氢能必将成为构建可持续、低碳社会的重要基石。