專(zhuān)利名稱(chēng)：一種光控燃料氣體源的制造方法及其制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)碳納米管使水分解產(chǎn)生燃料氣體的新方法，特別涉及制造新型光控氣體源的技術(shù)，以及基于該技術(shù)而設(shè)計(jì)的光控氫氣源、空間用微型推進(jìn)器、陽(yáng)光燃料電池等器件的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
人類(lèi)社會(huì)各方面的發(fā)展離不開(kāi)能源技術(shù)的支撐。目前使用最多的礦物能源具有不可再生性。因此，長(zhǎng)久以來(lái)，人們一直在進(jìn)行不懈的科學(xué)探索，希望能充分利用取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)光能量和自然界普遍存在的水，來(lái)提供新的能源。其中一條思路是，利用半導(dǎo)體材料的光伏特性，先把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能，再用電能去電解水產(chǎn)生燃料氣體氫氣，最后將氫氣送入燃料電池中，產(chǎn)生電能。顯然，這樣多的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)必然造成能量轉(zhuǎn)換效率低、技術(shù)復(fù)雜度高等問(wèn)題。
進(jìn)入納米科技時(shí)代以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)，碳納米管具有很強(qiáng)的儲(chǔ)氫功能，因此對(duì)碳納米管在能源領(lǐng)域的潛在應(yīng)用投入了很高的期望并進(jìn)行了多年的探索研究，希望能夠?yàn)槿剂想姵匮芯刻峁┬碌臍錃庠?，或者用?chǔ)存的氫氣直接燃燒成為清潔廉價(jià)的能源。現(xiàn)有方法的思路是讓碳納米管在高壓(2-10大氣壓)氫(H2)氣環(huán)境中進(jìn)行充分的物理吸附，然后在需要燃料氣體的時(shí)候，將吸附氫氣的碳納米管加熱到幾百度的溫度，氫氣就會(huì)解吸釋放出來(lái)。這種方法具有難以克服的固有缺點(diǎn)。首先需要高壓氫氣源來(lái)“充氫”；其次，單從氣體的釋放環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，所需幾百度高溫的產(chǎn)生、維持、測(cè)量和控制等等，就需要專(zhuān)門(mén)的工作模塊來(lái)解決，這不僅增加了技術(shù)的復(fù)雜度和應(yīng)用成本，而且從能源角度來(lái)說(shuō)很不合算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提出一種將碳納米管應(yīng)用于能源領(lǐng)域的新方法。利用納米材料的“超級(jí)光吸收效應(yīng)”，以及水在碳納米管中的特殊存在狀態(tài)，對(duì)含水的碳納米管體系施加光照射，產(chǎn)生氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)等燃料氣體。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出一種制備新型光控燃料氣體源的制備裝置結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上提出幾個(gè)典型的應(yīng)用裝置便攜式光控氫氣源、空間用微型推進(jìn)器、陽(yáng)光燃料電池等。
本發(fā)明的原理1、納米材料的“超級(jí)光吸收效應(yīng)”納米材料尺寸小，對(duì)光輻射和其它電磁輻射的吸收能力很強(qiáng)。入射電磁波在納米材料的內(nèi)表面多次反射，除少量透射外，最終被體積十分有限的納米材料所吸收。而且，由于納米材料中表面原子數(shù)占據(jù)總原子數(shù)的比例很大，其原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)特殊狀態(tài)，電磁吸收產(chǎn)生的熱量被限制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，很難傳導(dǎo)給周?chē)募{米材料和外界環(huán)境。這必然造成在光照下納米材料內(nèi)部處于局域高能態(tài)，從而有利于發(fā)生一些在通常條件下不可能發(fā)生的物理化學(xué)現(xiàn)象。例如，碳納米管、硅納米線(xiàn)、鐵納米粒子在大氣環(huán)境中用普通照相機(jī)的閃光燈去照射會(huì)發(fā)生燃燒，而對(duì)應(yīng)的塊體材料，如石墨、硅片、鐵塊，則不會(huì)有此現(xiàn)象發(fā)生。
2、水在碳納米管中的特殊存在狀態(tài)水的表面張力系數(shù)正好處于一個(gè)合適的范圍，極其容易在毛細(xì)力作用下進(jìn)入碳納米管的內(nèi)部管道。由于體積限制效應(yīng)以及水與碳納米管的管壁碳原子之間的相互作用，進(jìn)入碳納米管的水分子之間和水分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生變化，呈現(xiàn)一種特殊的“納米管水”狀態(tài)。最新研究表明，“納米管水”的水分子之間的氫鍵將變“軟”，水分子內(nèi)部的H-O鍵也有變化。這種水的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)狀態(tài)完全不同于通常的水，例如，在極低的溫度下就可能汽化，并呈現(xiàn)出高的活動(dòng)性。
3、光照下的含水碳納米管體系光照下，吸附了水的碳納米管樣品，充分吸收光子能量，使得碳納米管內(nèi)部的水分子被裂解成氫(H)原子和氧(O)原子。由于絕熱膨脹效應(yīng)，碳納米管的管壁在強(qiáng)大的壓力下，在結(jié)構(gòu)缺陷處發(fā)生局部崩裂，產(chǎn)生碳(C)原子和碳-碳(C-C)原子團(tuán)。這些原子和原子團(tuán)迅速結(jié)合成各種氣體分子并釋放出來(lái)。顯然，總放氣量和放氣成分的相對(duì)比例與輸入光脈沖的參量有關(guān)。這成為構(gòu)造新的“智能型”光控氣源的科學(xué)基礎(chǔ)。
總之，對(duì)限制于碳納米管中的、處于納米狀態(tài)的水的認(rèn)識(shí)，以及對(duì)于光與納米尺度物質(zhì)的相互作用的認(rèn)識(shí)，構(gòu)成了本發(fā)明的科學(xué)基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明的光控燃料氣體源制備方法，具體包括以下步驟(1)制備條件準(zhǔn)備，具體步驟如下1)制備和選擇碳納米管；
2)測(cè)試分析儀器設(shè)備；3)碳納米管充分吸收水分；4)選擇并配置激發(fā)光源；5)設(shè)置好用于檢測(cè)分析的環(huán)境條件(2)具體制備過(guò)程與檢測(cè)方法1)光照含水碳納米管體系；2)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)的全壓強(qiáng)變化；3)取樣分析氣體成分；4)定量計(jì)算放氣成分。
(3)放氣能力的衰減和充水再生。經(jīng)過(guò)上述步驟已經(jīng)可以制得能源氣體，但是經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)光照射，或者多次脈沖光照射以后，體系的光照放氣量會(huì)顯著下降。這時(shí)，給樣品空間重新充入水汽，然后用真空泵將送入的多余氣體抽空。這樣，可以重新恢復(fù)含水碳納米管體系的光照放氣能力。
根據(jù)本發(fā)明的光控燃料氣體源的制備裝置，具體結(jié)構(gòu)包括可抽真空的容器、碳納米管樣品、電光源及其控制電路，以及用于抽真空、進(jìn)水汽和取燃料氣體的閥門(mén)；電光源封接在容器內(nèi)，碳納米管放在容器中，控制電路連接電光源。
本發(fā)明的光控燃料氣體源的制備裝置可以與不同類(lèi)型的應(yīng)用裝置相連通，從而得到各種應(yīng)用裝置，典型的如便攜式光控氫氣源、空間用光控微型推進(jìn)器、陽(yáng)光燃料電池等。
根據(jù)本發(fā)明的光控燃料氣體源的制備裝置的制造方法，具體步驟為用不銹鋼或者派熱克斯玻璃制造真空容器；在容器內(nèi)封接一個(gè)電光源；并外接一控制電路連接電光源；將一定量的含水碳納米管放入容器中，容器的大小以及碳納米管的多少可以根據(jù)用氣量選擇；然后通過(guò)閥門(mén)用機(jī)械泵和渦輪分子泵機(jī)組抽真空(本發(fā)明中壓強(qiáng)達(dá)到或者小于5×10-3帕?xí)r關(guān)閉閥門(mén))。
需要燃料氣體時(shí)，通過(guò)外界控制電路使得電光源按照設(shè)定程序發(fā)光，就可以產(chǎn)生以氫氣和一氧化碳為主的燃料氣體，可以通過(guò)閥門(mén)送出以供應(yīng)用裝置使用。當(dāng)碳納米管吸附的水分即將被耗盡時(shí)，可以通過(guò)閥門(mén)充入水汽，處理30～60分鐘，然后和上面一樣抽真空后關(guān)閉閥門(mén)。重新連接應(yīng)用裝置后，又可以通過(guò)光照產(chǎn)生氣體以供使用。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明圖1是測(cè)試分析設(shè)備示意圖；附圖標(biāo)記說(shuō)明1-含水碳納米管樣品 8-閥門(mén)D2-玻璃容器 9-濺射離子泵3-高壓強(qiáng)真空規(guī)管10-機(jī)械泵4-閥門(mén)A 15 11-渦輪分子泵5-四極質(zhì)譜計(jì)12-閥門(mén)C6-主真空室(超高真空室) 13-閥門(mén)B7-B-A真空規(guī)圖2是一般情況下用普通白光脈沖照射含水的碳納米管體系時(shí)得到的一組典型的測(cè)試結(jié)果，其中圖2a是玻璃容器的全壓強(qiáng)測(cè)試結(jié)果；圖2b是釋放氣體的取樣質(zhì)譜圖(已經(jīng)扣除取樣前的本底質(zhì)譜)；圖2c是放氣成分及其含量的分析結(jié)果；圖3是一種光控燃料氣體源的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用裝置圖3a是光控燃料氣體源的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說(shuō)明14-電光源15-控制單元16-真空容器17-應(yīng)用裝置18-閥門(mén)圖3b是陽(yáng)光燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明19-聚光透鏡20-質(zhì)子交換膜燃料電池21-用電器
具體實(shí)施例方式
下面參照本發(fā)明的附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
實(shí)施例一下面實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明光控氣源的制備過(guò)程。
(1)制備條件準(zhǔn)備1)碳納米管的制備和選擇采用電弧放電法制備碳納米管。以Ni、Yi微顆粒作催化劑，以石墨粉和石墨棒作碳源，以氦氣作工質(zhì)氣體，在500帕的壓強(qiáng)下電弧放電，放電電流50～100安培。以這種方法生長(zhǎng)的碳納米管是否經(jīng)過(guò)提純都可以使用。采用濃硝酸氧化切割技術(shù)使得端口封閉的碳納米管成為開(kāi)口管以利于吸水。對(duì)碳納米管的基本要求是，單根碳納米管的直徑從0.6nm到10nm，長(zhǎng)度大于100nm。開(kāi)口碳納米管(至少一個(gè)端口未被富勒烯帽所覆蓋)的含量大于70％，以利于吸收足夠多的水分。
2)測(cè)試分析儀器設(shè)備如圖1所示，將如上述所述的一定量(如10毫克)的碳納米管樣品放入玻璃容器內(nèi)。該玻璃容器通過(guò)閥門(mén)A接到超高真空系統(tǒng)上。一個(gè)高壓強(qiáng)真空規(guī)管直接與玻璃容器相通，用于測(cè)量玻璃容器內(nèi)的全壓強(qiáng)。另外有一個(gè)與玻璃容器相連的、帶有閥門(mén)B和C的旁路，用于送入外界潮濕空氣或水蒸汽，并用于渦輪分子泵機(jī)組(渦輪分子泵和機(jī)械泵)對(duì)玻璃容器抽真空。同時(shí)，渦輪分子泵機(jī)組還可以通過(guò)閥門(mén)D對(duì)主真空室抽氣。采用濺射離子泵獲得超高真空。主真空室裝有B-A真空規(guī)和四極質(zhì)譜計(jì)，分別用于測(cè)量全壓強(qiáng)和氣體成分。
3)碳納米管預(yù)先吸收水分讓碳納米管充分吸收水分是必須的。下述三種方法都是可行的I.通過(guò)圖1所示的閥門(mén)B和閥門(mén)C向玻璃容器中送入飽和水蒸汽，保持30～60分鐘；II.通過(guò)閥門(mén)B和閥門(mén)C向玻璃容器中送入潮濕(相對(duì)濕度60％以上)大氣，保持60分鐘；III.在將碳納米管裝入玻璃容器之前，在普通水或者其它以水為主要溶劑的溶液中對(duì)它進(jìn)行預(yù)先浸泡處理。
4)激發(fā)光源的選擇與配置用于照射含水碳納米管體系的光源可選范圍較廣，如普通照相機(jī)的閃光燈、普通聚光燈等等。波長(zhǎng)范圍以可見(jiàn)光為主，光的照度從104勒克斯到109勒克斯均可。輸入光脈沖的能量從0.05J/cm2到5J/cm2均可，持續(xù)時(shí)間為1ms～10ms均可。采用連續(xù)光源照射方式也是可行的。光源距離含水的碳納米管體系小于3厘米。
5)用于檢測(cè)分析的環(huán)境條件將圖1所示的整個(gè)真空系統(tǒng)，包括玻璃容器，在180℃的溫度下連續(xù)烘烤24小時(shí)，烘烤的同時(shí)，采用渦輪分子泵機(jī)組抽氣，使得主真空室和玻璃容器內(nèi)的真空度均優(yōu)于3×10-3Pa。烘烤抽氣結(jié)束后，開(kāi)啟濺射離子泵，使得主真空室和玻璃容器內(nèi)的真空度均優(yōu)于5×10-7Pa。開(kāi)啟安裝在主真空室的四極質(zhì)譜計(jì)，調(diào)整好工作參數(shù)使之正常工作。然后，關(guān)閉玻璃容器和主真空室之間的閥門(mén)A，同時(shí)停濺射離子泵。使得系統(tǒng)處于靜態(tài)升壓狀態(tài)。10分鐘后，玻璃容器和主真空室的壓強(qiáng)都會(huì)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)(如果壓強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定，可判斷系統(tǒng)有明顯漏氣現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)檢漏修復(fù))。用四極質(zhì)譜計(jì)測(cè)得主真空室在這種狀態(tài)下的本底質(zhì)譜圖。
(2)實(shí)施過(guò)程與檢測(cè)方法1)光照含水碳納米管體系在上述條件準(zhǔn)備妥當(dāng)后，用光源(如閃光燈)照射玻璃容器中的含水碳納米管樣品。光源和樣品之間的距離小于3厘米。
2)監(jiān)測(cè)玻璃容器內(nèi)的全壓強(qiáng)變化光照后極短時(shí)間(＜1秒鐘)內(nèi)，玻璃容器內(nèi)的全壓強(qiáng)(由高壓強(qiáng)真空計(jì)的讀數(shù)來(lái)顯示)會(huì)有一個(gè)明顯跳變(例如，從10-1帕量級(jí)跳變到10帕量級(jí))。記錄該跳變值。
3)取樣分析氣體成分稍微打開(kāi)玻璃容器和主真空室之間的閥門(mén)A，對(duì)光照產(chǎn)生的氣體取樣，使之進(jìn)入主真空室，用于四極質(zhì)譜分析。記錄取樣質(zhì)譜圖。
4)放氣成分的定量計(jì)算根據(jù)測(cè)量到的玻璃容器中的全壓強(qiáng)跳變值，以及取樣前后測(cè)得的四極質(zhì)譜圖(即本底質(zhì)譜圖和取樣質(zhì)譜圖)，采用專(zhuān)門(mén)編制的計(jì)算程序進(jìn)行分析計(jì)算，得到總的光照放氣量、主要放氣成分及其組分的摩爾含量和質(zhì)量產(chǎn)額(燃料氣體的質(zhì)量與碳納米管樣品的質(zhì)量之比)。
(3)放氣能力的衰減和充水再生。經(jīng)過(guò)上述步驟已經(jīng)可以制得能源氣體，但是經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)光照射，或者多次脈沖光照射以后，體系的光照放氣量會(huì)顯著下降。這時(shí)，給樣品空間重新充入水汽(如“制備條件準(zhǔn)備”中步驟3)所述)，然后用真空泵將送入的多余氣體抽空。這樣，可以重新恢復(fù)含水碳納米管體系的光照放氣能力?？梢杂蒙鲜鐾瑯拥姆椒▽?duì)光照放氣量、各種放氣成分的含量進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算。
經(jīng)過(guò)上述步驟即可以制得能源氣體，下面說(shuō)明一些典型測(cè)試結(jié)果。
一般地，光照放氣的總量、成分及其相對(duì)含量，與碳納米管樣品的選擇、水分的吸收方式、光源參量以及照射歷史等諸因素有關(guān)。對(duì)于充分吸水的碳納米管樣品，當(dāng)采用普通照相機(jī)的閃光燈作光源時(shí)，在連續(xù)幾十次的光照下，總的放氣量和主要放氣成分(氫和一氧化碳)的相對(duì)含量基本上不發(fā)生較大的變化。只有當(dāng)水分快要耗盡時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)明顯變化。圖2是在一般情況下用普通白光脈沖(0.1～0.2J/cm2，1ms)照射含水(來(lái)源于潮濕空氣)的碳納米管(電弧放電法制備，Ni-Yi作催化劑)體系時(shí)得到的一組典型的測(cè)試結(jié)果。圖2a給出關(guān)閉閥門(mén)A(見(jiàn)圖1)后玻璃容器中的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化，經(jīng)歷最初的快速升壓過(guò)程以后，該壓強(qiáng)值進(jìn)入基本穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)用閃光燈照射含水碳納米管體系時(shí)，該壓強(qiáng)值發(fā)生很大跳變，說(shuō)明在閃光照射下確實(shí)產(chǎn)生了大量氣體。圖2b是光照釋放氣體的質(zhì)譜圖，這里已經(jīng)在取樣質(zhì)譜圖的原始數(shù)據(jù)中將本底質(zhì)譜圖扣除?？梢远ㄐ缘乜闯觯艢獬煞种饕菤錃?質(zhì)量數(shù)2)和一氧化碳?xì)怏w(質(zhì)量數(shù)28)，此外還有少量的甲烷(質(zhì)量數(shù)15、16)、乙烷(質(zhì)量數(shù)26、27、28、29)和二氧化碳(質(zhì)量數(shù)44)氣體。圖2c是根據(jù)圖2a和2b的測(cè)量數(shù)據(jù)以及各種氣體的相對(duì)電離系數(shù)和四極質(zhì)譜的標(biāo)準(zhǔn)碎片譜圖得到的計(jì)算結(jié)果，其中氫氣占總放氣量的65％-70％(摩爾比)，一氧化碳?xì)怏w占總放氣量的20％-25％(摩爾比)。燃料氣體的總質(zhì)量產(chǎn)額(燃料氣體的總質(zhì)量與碳納米管原料的質(zhì)量之比)達(dá)到300ppm以上。多次測(cè)試結(jié)果表明，該值最高可達(dá)1000ppm。
實(shí)施例二具體實(shí)施例二詳細(xì)描述了光控燃料氣體源的制備裝置，及其典型的應(yīng)用裝置。
(1)光控燃料氣體源制備裝置及制造方法基于實(shí)施例一所述方法和測(cè)試結(jié)果，提出一種光控燃料氣體源制備裝置的結(jié)構(gòu)，如圖3a所示。具體包括可抽真空的容器、碳納米管樣品、電光源及其控制電路，以及用于抽真空、進(jìn)水汽和取燃料氣體的閥門(mén)，它可以與不同類(lèi)型的應(yīng)用裝置相連通。該光控燃料氣體源的制造和使用方法是，用不銹鋼或者派熱克斯玻璃制造真空容器；在容器內(nèi)封接一個(gè)電光源；將一定量的含水碳納米管放入容器中。容器的大小以及碳納米管的多少可以根據(jù)用氣量選擇。然后通過(guò)閥門(mén)用機(jī)械泵和渦輪分子泵機(jī)組抽真空，壓強(qiáng)達(dá)到或者小于5×10-3帕?xí)r關(guān)閉閥門(mén)。需要燃料氣體時(shí)，通過(guò)外界控制電路使得電光源按照設(shè)定程序發(fā)光，就可以產(chǎn)生以氫氣和一氧化碳為主的燃料氣體，可以通過(guò)閥門(mén)送出以供應(yīng)用裝置使用。當(dāng)碳納米管吸附的水分即將被耗盡時(shí)(這時(shí)燃料氣體的產(chǎn)額會(huì)明顯下降)，可以通過(guò)閥門(mén)充入水汽，處理30～60分鐘，然后和上面一樣抽真空后關(guān)閉閥門(mén)。重新連接應(yīng)用裝置后，又可以通過(guò)光照產(chǎn)生氣體以供使用。
(2)典型應(yīng)用裝置基于上述光控燃料氣體源，提出幾個(gè)典型應(yīng)用裝置。
1)便攜式光控氫氣源在圖3a所示的“應(yīng)用裝置”部分，采用具有氫氣透功能的聚合物膜或者金屬鈀箔，可以使光照產(chǎn)生的氫氣過(guò)濾出來(lái)，供科學(xué)實(shí)驗(yàn)使用。與傳統(tǒng)高壓氫氣瓶相比，這種氫氣源具有安全性高、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。
2)空間用光控微型推進(jìn)器在圖3a所示的“應(yīng)用裝置”部分，采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的噴氣管道。將多個(gè)這樣的裝置以分布方式固定在小型空間飛行器(如納米衛(wèi)星等)的外殼上。在空間真空、低溫和微重力環(huán)境中，光照釋放的氣體會(huì)自發(fā)從噴氣管道噴出，產(chǎn)生微弱的推進(jìn)力(力的大小與噴氣管道的設(shè)計(jì)、飛行器質(zhì)量等因素有關(guān))，可用于改變飛行器姿態(tài)和軌道微調(diào)。
3)陽(yáng)光燃料電池去掉圖3a所示的電光源及其控制單元，在真空容器上加裝聚光透鏡，應(yīng)用裝置部分則采用質(zhì)子交換膜燃料電池，如圖3b所示。太陽(yáng)光通過(guò)聚光透鏡照射含水的碳納米管樣品，釋放出的氫氣擴(kuò)散到質(zhì)子交換膜燃料電池的膜電極上，自發(fā)分解為質(zhì)子。它們能穿過(guò)質(zhì)子交換膜，與大氣中的氧(或?qū)９┭鯕?發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水，同時(shí)在兩個(gè)膜電極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，并能通過(guò)外電路產(chǎn)生電流。這樣產(chǎn)生的電能可以變換成需要的形式以供使用。質(zhì)子交換膜的可選范圍很寬，如磺化聚酰亞胺膜、氟化聚脂膜等。基本要求是，質(zhì)子導(dǎo)通能力越強(qiáng)越好，電子導(dǎo)通能力越弱越好。這種方案的突出優(yōu)點(diǎn)是，直接利用太陽(yáng)光能輸入來(lái)產(chǎn)生燃料氣體，無(wú)需將光能轉(zhuǎn)化為電能、再用電能去電解水來(lái)產(chǎn)生氫氣這樣的中間過(guò)程，減少了能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，能量轉(zhuǎn)換效率較高。
盡管為說(shuō)明目的公開(kāi)了本發(fā)明的具體實(shí)施例和附圖，其目的在于幫助理解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光控燃料氣體源的制造方法，具體包括以下步驟一、制備條件準(zhǔn)備1)制備和選擇碳納米管；2)測(cè)試分析儀器設(shè)備；3)碳納米管充分吸收水分；4)選擇并配置激發(fā)光源；5)設(shè)置好用于檢測(cè)分析的環(huán)境條件二、具體制備過(guò)程與檢測(cè)方法1)光照含水碳納米管體系；2)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)的全壓強(qiáng)變化；3)取樣分析氣體成分；4)定量計(jì)算放氣成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控燃料氣體源的制造方法，其特征在于采用電弧放電法制備碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控燃料氣體源的制造方法，其特征在于制備碳納米管時(shí)，開(kāi)口碳納米管的含量大于70％，以利于吸收足夠多的水分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控燃料氣體源的制造方法，其特征在于，讓碳納米管充分吸收水分有以下三種方法1)通過(guò)閥門(mén)向容器中送入飽和水蒸汽；2)通過(guò)閥門(mén)向容器中送入潮濕大氣；3)在將碳納米管裝入容器之前，在普通水或者其它以水為主要溶劑的溶液中對(duì)它進(jìn)行預(yù)先浸泡處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控燃料氣體源的制造方法，其特征在于經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)光照射，或者多次脈沖光照射以后，體系的光照放氣量會(huì)顯著下降；這時(shí)，給樣品容器重新充入水汽，然后用真空泵將送入的多余氣體抽空，即可恢復(fù)光照放氣能力。
6.一種光控燃料氣體源的制備裝置，具體結(jié)構(gòu)為包括可抽真空的容器、碳納米管樣品、電光源及其控制電路，以及用于抽真空、進(jìn)水汽和取燃料氣體的閥門(mén)；其中電光源封接在容器內(nèi)，碳納米管放在容器中，控制電路連接電光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光控燃料氣體源的制備裝置，其特征在于可抽真空的容器是不銹鋼或者派熱克斯玻璃制造的。
8.一種光控燃料氣體源的制備裝置的制造方法，具體步驟為用不銹鋼或者派熱克斯玻璃制造真空容器；在容器內(nèi)封接一個(gè)電光源；并外接一控制電路連接電光源；將一定量的含水碳納米管放入容器中；然后通過(guò)閥門(mén)用機(jī)械泵和渦輪分子泵機(jī)組抽真空。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光控燃料氣體源的制備裝置的制造方法，其特征在于通過(guò)閥門(mén)用機(jī)械泵和渦輪分子泵機(jī)組抽真空時(shí)，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到或者小于5×10-3帕?xí)r關(guān)閉閥門(mén)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光控燃料氣體源的制備裝置的制造方法，其特征在于需要燃料氣體時(shí)，通過(guò)外界控制電路使電光源發(fā)光，就可以產(chǎn)生以氫氣和一氧化碳為主的燃料氣體，可以通過(guò)閥門(mén)送出以供應(yīng)用裝置使用。
全文摘要
本發(fā)明提出一種將碳納米管應(yīng)用于能源領(lǐng)域的新方法，利用納米材料的“超級(jí)光吸收效應(yīng)”，以及水在碳納米管中的特殊存在狀態(tài)，對(duì)含水的碳納米管體系施加光照射，產(chǎn)生氫氣(H
文檔編號(hào)C01B3/06GK1931422SQ20051008642
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日
發(fā)明者郭等柱, 薛增泉, 張耿民, 張兆祥, 趙興鈺, 張琦鋒, 侯士敏, 申自勇, 高崧, 吳錦雷 申請(qǐng)人:北京大學(xué)