氢与氢能（第二版）

目录　
第1章　氢能特征与氢经济　1　
1.1　氢与氢能　1　
1.1.1　氢的基本特性　1　
1.1.2　氢气的能量　2　
1.1.3　与液态燃料的比较　6　
1.1.4　氢能与环境　7　
1.1.5　灰氢、青氢、蓝氢和绿氢　9　
1.1.6　氢能源市场　10　
1.1.7　氢能源路线图　13　
1.2　各国能源消耗及特点　15　
1.2.1　能源需求增长　15　
1.2.2　能源消耗结构　15　
1.2.3　我国的能源消耗特点和问题　17　
1.3　氢能的特点和利用形式　20　
1.3.1　能源发展趋势　20　
1.3.2　氢能的四大特点　22　
1.4　氢气的供给　24　
1.4.1　氢气的生产　24　
1.4.2　各种制氢方法和成本　26　
1.4.3　氢源选择的“四要素”　28　
1.4.4　氢与电的相关性　29　
1.5　氢能的利用形式　30　
1.5.1　氢气的传统用途　30　
1.5.2　氢能源利用形式和体系　31　
1.5.3　现在氢能应用开发动态和主要的问题　34　
1.6　可再生能源与氢能源　38　
1.6.1　可再生能源及其制氢　38　
1.6.2　生物质能　40　
1.7　氢能源社会的发展与各国的动态　42　
1.7.1　美国和加拿大氢能源经济的发展动态　43　
1.7.2　欧洲氢能源经济的发展动态　46　
1.7.3　日本氢能源经济的发展动态　46　
1.7.4　澳大利亚氢能开发　49
1.7.5　韩国氢能源开发　51　
1.7.6　我国氢能源开发和利用　51　
参考文献　53　
第2章　氢的基本性质　55　
2.1　氢的形成、存在和发现　55　
2.2　氢原子　56　
2.3　氢的同位素　57　
2.4　氢气　58　
2.4.1　H2的分子结构　58　
2.4.2　氢气的核自旋异构体　59　
2.4.3　氢气的物理性质　60　
2.4.4　液态和固态氢　63　
2.4.5　金属氢　64　
2.5　氢的核聚变反应　65　
2.5.1　核聚变反应的原理　65　
2.5.2　人工核聚变反应　66　
2.5.3　人工核聚变装置　68　
2.5.4　人工核聚变工程　71　
2.6　氢的化学性质　72　
2.6.1　氢原子的电子结构和成键特征　72　
2.6.2　氢与非金属的反应　73　
2.6.3　氢与金属的反应　74　
2.6.4　氢在冶金中的应用　74　
2.6.5　氢与过渡金属的配位反应　74　
2.6.6　氢在石油化工中的应用　75　
2.7　氢化物　76　
2.7.1　概述　76　
2.7.2　金属氢化物　77　
2.7.3　主族元素与氢的共价型化合物　78　
2.7.4　配位氢化物　79　
2.7.5　高压氢化物相　80　
2.8　氢化物的研究方法　80　
2.8.1　压力–成分等温线　80　
2.8.2　热分析　82　
2.8.3　核磁共振　82　
2.8.4　红外光谱　83　
2.8.5　中子衍射　84
参考文献　84　
第3章　氢气制备　86　
3.1　化石燃料制氢　88　
3.1.1　煤炭制氢　89　
3.1.2　天然气制氢　90　
3.2　高温分解制氢　93　
3.2.1　甲醇裂解制氢　93　
3.2.2　工业副产氢　95　
3.2.3　氨分解制氢　95　
3.3　电解水制氢　99　
3.3.1　电解水制氢原理　99　
3.3.2　电解水制氢现状　99　
3.4　核电制氢　106　
3.5　生物质制氢　107　
3.5.1　光合生物制氢　107　
3.5.2　生物发酵制氢　111　
3.6　光催化制氢　114　
3.6.1　太阳能热化学制氢　115　
3.6.2　太阳能光电化学制氢　115　
3.6.3　光解水制氢　115　
3.7　小结　123　
参考文献　124　
第4章　氢分离和提纯　128　
4.1　变压吸附提纯氢气　129　
4.1.1　变压吸附技术的基本原理　130　
4.1.2　吸附床的吸附穿透曲线　132　
4.1.3　变压吸附的基本操作　132　
4.1.4　变压吸附的吸附剂　133　
4.2　膜分离　134　
4.2.1　膜分离的机理　135　
4.2.2　多孔膜材料　137　
4.2.3　有机高分子膜　139　
4.2.4　透氢金属膜　140　
4.3　Benfield法　146　
4.4　深冷分离　148　
4.4.1　冷凝法　148　
4.4.2　膨胀机法　149　
4.5　重氢的分离　149
4.5.1　氢同位素的特性　149　
4.5.2　重氢的核聚变反应　150　
4.5.3　重氢提纯回收　151　
4.5.4　氢同位素的分离浓缩　156　
参考文献　162　
第5章　高压储氢　165　
5.1　高压氢气的压缩　165　
5.1.1　氢气的压缩因子和压缩后的密度　165　
5.1.2　氢气压缩后的氢原子间距　166　
5.1.3　氢气压缩机　167　
5.1.4　氢气的压缩功耗　169　
5.2　氢气的加注　171　
5.2.1　氢气加注的方法　171　
5.2.2　氢气加注过程中温度的变化　172　
5.2.3　氢气加注机的市场应用　173　
5.3　高压储氢容器　174　
5.3.1　高压储氢容器的发展　174　
5.3.2　轻质高压储氢容器的设计和制备　177　
5.4　高压储氢的风险和控制　180　
5.4.1　高压储氢的使用风险　180　
5.4.2　高压储氢的风险评估　181　
5.4.3　高压储氢使用的标准　181　
5.4.4　高压储氢使用的安全检测　182　
5.4.5　高压储氢的风险控制　183　
5.5　高压储氢的应用　184　
5.5.1　运输用大型高压氢气容器　184　
5.5.2　蓄气站大型高压氢气容器　185　
5.5.3　燃料电池车用高压储氢　186　
5.5.4　小型高压储氢罐的应用　188　
5.5.5　高压管道供氢　189　
参考文献　190　
第6章　液态储氢及应用　191　
6.1　液态氢气的生产　191　
6.2　液态氢的储存　196　
6.2.1　液氢设备的绝热材料　196　
6.2.2　液氢储罐　197　
6.3　液氢的输运　200　
6.3.1　常温容器加注液氢的冷却特性　200
6.3.2　液氢的输送方式　201　
6.3.3　液氢储藏型加氢站　203　
6.4　液氢的应用　205　
6.4.1　液氢在航空航天领域的应用　205　
6.4.2　液氢在汽车领域的应用　207　
6.4.3　液氢的其他应用　209　
参考文献　210　
第7章　液态有机氢载体储氢　212　
7.1　液态有机氢载体概述　212　
7.2　小分子醇醛胺酸型液态有机氢载体　215　
7.2.1　甲酸　215　
7.2.2　其他小分子醇醛胺酸型液态有机氢载体　219　
7.3　芳香化合物型液态有机氢载体　223　
7.3.1　芳香烃　223　
7.3.2　氮杂环芳香烃　227　
7.3.3　硼氮杂环芳香烃　236　
参考文献　237　
第8章　物理吸附储氢材料　245　
8.1　气体吸附原理及物理储氢的特点　245　
8.1.1　吸附等温线的类型　246　
8.1.2　吸附等温方程　247　
8.2　碳材料的发展及储氢性能　249　
8.2.1　活性炭　249　
8.2.2　碳纳米管及石墨烯　249　
8.2.3　生物质衍生碳材料　250　
8.2.4　碳材料的开发与研究前景　251　
8.3　金属有机骨架材料的储氢性能　251　
8.3.1　研究现状　251　
8.3.2　与氢气作用机理　253　
8.3.3　储氢性能的影响因素和发展方向　254　
8.4　多孔高分子的储氢性能　256　
8.4.1　共价有机骨架材料　256　
8.4.2　共轭微孔高分子材料　256　
8.4.3　多孔高分子材料的研究前景　258　
8.5　三种物理吸附材料的比较　258　
8.5.1　孔道结构　258　
8.5.2　吸附位点　258　
8.5.3　储氢容量　259
参考文献　259　
第9章　储氢合金和金属氢化物　263　
9.1　储氢合金的工作原理和设计　263　
9.1.1　储氢合金简介　263　
9.1.2　储氢合金的历史发展及现状　263　
9.1.3　储氢合金的工作原理　265　
9.1.4　储氢合金的设计与评价　270　
9.2　稀土储氢材料　273　
9.2.1　LaNi5基AB5型储氢材料　273　
9.2.2　非AB5型新型稀土储氢合金　276　
9.3　Mg和MgH2基储氢材料　279　
9.3.1　Mg单质储氢材料　279　
9.3.2　Mg-M(M=Ni，Co，Fe等)体系储氢材料　282　
9.4　Ca基储氢材料　284　
9.5　Ti基合金储氢材料　288　
9.5.1　Ti基二元合金体系　290　
9.5.2　Ti-Cr-Mn基三元合金体系　292　
9.5.3　Ti-V-Mn基三元合金体系　299　
9.6　V基体心立方固溶体合金储氢材料　301　
9.6.1　V-Ti-Fe合金体系　304　
9.6.2　V-Ti-Ni合金体系　305　
9.6.3　V-Ti-Cr合金体系　306　
9.7　Zr基合金储氢材料　308　
9.7.1　Zr-V基合金体系　310　
9.7.2　Zr-Cr基合金体系　311　
9.7.3　Zr-Mn基合金体系　311　
9.8　Pd基固溶体储氢材料　311　
9.9　低维材料储氢材料性能　313　
9.9.1　纳米颗粒储氢理论计算　313　
9.9.2　尺寸效应　314　
9.9.3　薄膜材料的储氢研究　315　
9.9.4　薄膜的氢致光变特性　316　
9.9.5　氢致光变特性材料的应用　321　
参考文献　323　
第10章　无机非金属储氢材料　330　
10.1　引言　330　
10.2　无机非金属氢化物　331　
10.2.1　基本特征　331
10.2.2　电子结构和成键特性　332　
10.2.3　吸放氢反应机理　334　
10.3　金属铝氢(Al-H)化物　335　
10.3.1　合成方法　335　
10.3.2　晶体结构　336　
10.3.3　吸放氢性能　338　
10.3.4　吸放氢性能改善与系统开发　342　
10.4　金属氮氢(N-H)化物　345　
10.4.1　合成方法　345