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作者:Robertson, I. 编

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页数:153

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价格:$ 105.09

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isbn号码:9781558997851

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• Hydrogen Storage
• Materials Science
• Solid-State Hydrogen Storage
• Hydrogen Materials
• Energy Storage
• Materials Chemistry
• Nanomaterials
• Metal Hydrides
• Intermetallic Compounds
• Chemical Physics

好的，这是一份关于非2004年出版的《Materials for Hydrogen Storage》主题的图书简介，内容聚焦于该领域自2004年以来的重要进展、当前挑战以及未来方向。 --- 氢能存储材料的革新与前沿探索：迈向高效、安全的氢社会 图书简介 氢气，作为终极清洁能源载体，其大规模应用的关键瓶颈长期以来集中于安全、高效、经济地存储。本书系统性地梳理了自21世纪初至今，全球科研界在固态储氢材料领域取得的突破性进展，并深入剖析了驱动该领域快速演进的关键科学原理、工程挑战以及新兴技术路线。本书旨在为材料科学家、化学工程师、能源政策制定者以及研究生提供一份全面、深入且具有前瞻性的参考指南。 第一部分：奠基与回顾——从传统到新一代储氢体系的演变 本部分首先回顾了氢存储技术面临的核心挑战，即实现“5.5 wt%”的重量百分比目标和适宜的释放温度（通常低于100°C，最好在室温附近）。 1.1 储氢技术的宏观视角与指标体系： 详细阐述了美国能源部（DOE）和国际能源署（IEA）对储氢性能的动态要求变化，特别是针对移动应用（燃料电池汽车）和固定式应用（电网平衡）的不同侧重。 1.2 经典与过渡性材料的局限性分析： 金属氢化物（Metal Hydrides）： 重点分析了经典的$ ext{MgH}_2$, $ ext{LaNi}_5$, $ ext{TiFe}$ 等体系。详细探讨了它们的反应动力学限制、高活化能障碍以及在实际应用中难以克服的滞后效应和热管理难题。内容涵盖了通过纳米化、合金化（例如$ ext{MgH}_2$与过渡金属或稀土元素的共掺杂）来降低放氢温度的早期尝试及其效果评估。 化学载体（Chemical Hydrogen Storage）： 深入讨论了氨硼烷 ($ ext{NH}_3 ext{BH}_3$)、过氢化钠 ($ ext{NaAlH}_4$) 等体系的优势（高容量）与显著劣势（不可逆失活、副产物分离困难、热力学稳定性过高）。 第二部分：后2004时代的材料革命——孔隙结构材料的崛起 本部分是本书的核心，集中阐述了在分子筛、框架结构材料等物理吸附和基于化学吸附的材料设计方面取得的突破。 2.1 金属有机框架材料（MOFs）的精细调控： MOFs因其极高的比表面积和可调控的孔道环境，成为2000年后研究热点。本书将详细介绍： 结构多样性与拓扑学： 涵盖HKUST-1 ($ ext{Cu-BTC}$), $ ext{MOF}-5$ 及其后继高稳定性结构（如$ ext{UiO}$系列、$ ext{ZIF}$系列）。 功能化策略： 探讨了如何通过后合成修饰 (Post-Synthetic Modification, $ ext{PSM}$) 和选择性配体替换，在孔道内部引入强极性位点（如$- ext{NH}_2$, $- ext{OH}$）或金属活性中心，以增强与氢分子的物理吸附强度（接近化学吸附的能量范围），从而在液氮温度下实现更高的吸附量。 挑战与展望： 深入分析了MOFs在室温和中压下吸附量仍偏低，以及对湿气敏感的稳定性问题。 2.2 共价有机框架材料（COFs）与多孔聚合物（Porous Polymers）： 对比分析了COFs在结构确定性上的优势，特别是其轻质特性对储氢重量百分比的潜在贡献。同时，对高分子材料（如聚烯烃、聚酰亚胺）通过碳化或模板法制备的微孔和介孔碳材料进行了详尽的综述，特别是它们在低温和高压下的物理吸附性能。 第三部分：面向实际应用的新兴化学储氢体系 本部分聚焦于那些通过可逆化学反应存储氢气的材料，它们的目标是突破传统金属氢化物的热力学限制。 3.1 复杂金属氢化物与亚硼酸盐类： 氨基硼烷衍生物： 深入探讨了如$ ext{LiBH}_4$（高容量体系）的改性路径，包括与过渡金属催化剂（如$ ext{Ti}$, $ ext{V}$）的纳米复合、添加剂（如$ ext{LiH}$）的引入，以降低其不可逆的脱氢温度和活化能。 复合氢化物（Complex Hydrides）： 重点分析了$ ext{Mg}$-基复合材料，如$ ext{Mg}( ext{AlH}_4)_2$与$ ext{LiBH}_4$共混体系，研究其协同效应在降低系统热力学阈值方面的作用。 3.2 新型液态有机氢载体（LOHCs）： LOHCs因其与现有石油化工基础设施的兼容性而备受关注。本书详述了以下关键系统的反应动力学和热力学： 氮杂芳烃类（如$ ext{HADDAN}$）： 讨论了催化剂设计（例如$ ext{Ru}$或$ ext{Ir}$基催化剂）对加氢/脱氢可逆性的影响，以及如何平衡加氢的反应速率与脱氢的能耗。 芳香烃衍生物： 分析了甲苯/甲基环己烷（$ ext{TOL}/ ext{MCH}$）体系的优缺点，以及高容量LOHC体系（如含氮杂环系统）的最新研究进展。 第四部分：工程化、表征与未来挑战 本部分转向材料的实际集成和先进的表征技术。 4.1 材料的表征技术： 阐述了如何利用原位/准原位技术（如同步辐射X射线衍射、中子散射）来追踪氢化/脱氢过程中的相变和晶格畸变，这对于理解反应机理至关重要。同时，对先进的热重分析（$ ext{TGA}$）和气体吸附等温线测量方法的规范性进行了讨论。 4.2 反应器设计与热管理： 储氢材料的应用不仅仅是材料本身的问题，还涉及系统集成。本章讨论了如何利用微通道反应器、热管技术或集成热交换网络来有效管理吸放热过程，确保材料在实际操作温度窗口内稳定循环。 4.3 经济性与可持续性评估： 探讨了氢存储材料的全生命周期成本（LCC） 分析，包括原材料的可获得性、毒性以及循环稳定性（循环次数对容量衰减的影响）。本书强调了向低成本、环境友好型催化剂和载体过渡的必要性。 --- 总结： 本书并非对2004年知识的简单重复，而是基于过去二十年颠覆性研究成果的系统性总结。它提供了一个跨越物理吸附、化学吸附和液态存储的集成视角，为解决全球能源转型中的关键技术瓶颈提供了科学的蓝图。

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这本《Materials for Hydrogen Storage 2004》的出版无疑是氢能研究领域的一个重要里程碑。翻开这本书，我立刻感受到一股浓厚的学术气息，它似乎捕捉到了那个时代对氢燃料前景的无限期待与技术瓶颈的深刻反思。书中对各种储氢材料的系统梳理，尤其是在合金、金属氢化物以及某些新兴的吸附材料方面的论述，展现了作者们扎实的理论基础和对实验数据的精准把握。我记得尤其深刻的是关于镁基材料的章节，那时的研究热点正聚焦于如何解决其活化能过高和吸脱氢温度不理想的问题。作者们详细分析了不同掺杂元素对晶格常数和热力学性能的影响，并辅以详尽的XRD和热重分析图谱，这些图表虽然略显陈旧，但其清晰度足以让任何一位从事材料科学研究的同行快速定位到关键信息。对于初入此领域的学生而言，这本书提供了一个极佳的、经过时间沉淀的知识框架，帮助他们理解当时主流的研究思路和未竟的挑战。然而，随着时间的推移，我们现在更关注MOFs（金属有机框架）和Covalent Organic Frameworks (COFs)这类具有超高比表面积的材料，这本书在这些前沿领域的内容相对稀疏，更偏向于传统化学储氢路径的深度挖掘。总体而言，它是一部严谨的、专注于2004年前后技术状态的经典参考书，为后续的研究奠定了坚实的基础。

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这本书的叙事风格，我感觉更像是一部浓缩的会议论文集，而非流畅的学术专著。每个章节似乎都独立成篇，由不同的专家团队撰写，这导致了术语使用和论证深度的不一致。例如，在讨论硼氢化物储氢时，作者对“中温脱氢”的条件描述极其细致，充满了对催化剂选择的偏执探索，这部分读起来非常引人入胜，充满了探索未知领域的兴奋感。然而，紧接着关于储氢系统集成和安全性的讨论，则显得笔墨甚少，更像是蜻蜓点水，缺少了对系统级挑战的深入剖析。这反映出2004年氢能研究的阶段性特征：侧重于材料本身的化学特性，而对整个应用链条的工程化思考还处于萌芽阶段。对于我个人而言，作为一名关注应用侧的工程师，这本书的价值主要体现在其对材料“天花板”性能的界定上。通过它，我可以清晰地看到，在那个时间点上，我们对储氢材料的理想性能指标距离实际需求还有多远。它没有给我一个“完美”的答案，但它清晰地勾勒出了所有“不完美”的轮廓，这对于制定新的研究方向，反而是一种极佳的启发。

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读完这本书后，我深切体会到它在当时为科研人员提供了一个非常及时的技术快照。不同于现在充斥着大量模拟和计算化学的著作，2004年版本的重点明显放在了实际合成方法和表征结果上，这使得它读起来有一种“动手做实验”的实在感。比如，在描述化学储氢体系时，书中对反应动力学和循环稳定性的探讨，大量引用了当时实验室级的测试数据，那些关于热管理和氢气纯化难点的叙述，仿佛让我身临其境地感受到了研发团队在解决实际工程问题时的头疼之处。书中对储氢密度和体积密度这两个关键指标的权衡分析尤为到位，清晰地展示了当时行业对于“实用化”的矛盾心态——理论上可行，但实际应用中，如何平衡快速吸放氢速率与高容量，仍然是悬在头上的达摩克利斯之剑。虽然结构上略显传统，章节之间的衔接也带着那个年代学术专著的刻板痕迹，但其提供的第一手资料的厚重感，是新近出版的、更偏向综述性的文献难以比拟的。它像一本老旧的工具箱，里面装满了那个时代最可靠的扳手和螺丝刀，尽管今天我们有了更先进的电动工具，但理解这些基础原理的构造，依然至关重要。

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这本书在组织结构上，试图平衡理论深度与材料广度，但从读者的角度来看，这种平衡感在不同材料体系间波动较大。例如，对液态有机储氢材料（LOHCs）的讨论显得相对保守和初步，篇幅被压缩，且多集中于文献回顾，缺乏对反应机理的深入推导，这与对金属氢化物的详尽分析形成了鲜明对比。这种差异暗示了在2004年，学界对于 LOHCs 这种需要高热能驱动的材料，其前景仍持谨慎观望态度。我个人对这种“非对称”的深度非常感兴趣，因为它揭示了当时的研究资源的倾斜方向——更多的精力投入到了已经被验证过，但在性能上尚有提升空间的化学储氢体系中。这本书的价值不在于预测未来，而在于精确地描绘了“当下”。它为我们提供了一套评估材料性能的基准工具和术语体系，这些体系虽然在后续的十年中有所演化，但其核心逻辑依然有效。对于任何想要回溯氢能研究史的学者来说，这本书是理解特定技术决策背景的关键文献，其语言风格严谨、数据驱动，是那个时期科学出版物中质量上乘的代表作。

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阅读《Materials for Hydrogen Storage 2004》时，我体会到了一种时间穿梭的奇妙感受。它所聚焦的“2004”这个时间点，正处于全球能源结构转型讨论的高峰期，但技术创新尚未完全爆发的“前夜”。书中对物理吸附材料，特别是高表面积碳材料的研究投入了相当大的篇幅。当时对这些材料的关注，很大程度上源于其相对较低的成本和相对简单的制备流程，这在追求快速商业化落地的研究氛围中是极具吸引力的。然而，书中对低温吸附平衡压力的讨论，暴露出其在常温常压下实际储氢能力上的先天不足。作者们非常坦诚地列举了这些吸附材料在实际使用中面临的“粘附性差”和“孔道堵塞”等实际问题，这些坦诚的记录，比任何美化的宣传都更有价值。这本书就像一个留声机，播放着那个时代最真实、最原始的研究声响。它没有提及我们今天习以为常的纳米孔道设计、量子效应调控等前沿概念，其严谨性建立在经典热力学和材料科学的基础之上，是理解后续技术飞跃前必读的“入门砖”，内容扎实，但创新性受限于时代背景。

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