儲(chǔ)氫材料(hydrogen storage material)一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料。最早發(fā)現(xiàn)的是金屬鈀，1體積鈀能溶解幾百體積的氫氣，但鈀很貴，缺少實(shí)用價(jià)值。

氫氣是一種清潔能源，其能量密度高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)存，易于實(shí)現(xiàn)氫/電/熱轉(zhuǎn)換，因此作為一種高效清潔的二次再生能源受到廣泛關(guān)注。氫能的開(kāi)發(fā)利用主要包括氫的生產(chǎn)、應(yīng)用、儲(chǔ)存及運(yùn)輸這4個(gè)方面。氫的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，但其儲(chǔ)存很不方便，因而人們需要考慮氫在儲(chǔ)存中的安全、高效和無(wú)泄漏損失。

氫氣的大量?jī)?chǔ)存問(wèn)題成為制約氫能推廣的關(guān)鍵，氫能儲(chǔ)存問(wèn)題的解決會(huì)影響到其他相關(guān)問(wèn)題的解決。傳統(tǒng)的氫能儲(chǔ)存方式主要有3種，即氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫。

氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)通過(guò)高壓來(lái)實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)存，是將氫氣壓縮于高壓容器中，對(duì)高壓容器本身材質(zhì)有很高要求。氣態(tài)儲(chǔ)氫的關(guān)鍵是能否開(kāi)發(fā)出性能良好且安全性高的儲(chǔ)氫容器。

液態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)是采用低溫技術(shù)將液化后的氫氣儲(chǔ)存在容器內(nèi)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫量大、儲(chǔ)氫容器體積小、液氫體積密度高等，但存在液化過(guò)程能耗高、儲(chǔ)存容器對(duì)絕熱性能要求高導(dǎo)致成本高昂、有泄漏風(fēng)險(xiǎn)的安全隱患等缺點(diǎn)，目前難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

固體儲(chǔ)氫技術(shù)是通過(guò)物理或化學(xué)方式使氫氣與儲(chǔ)氫材料結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)氫氣的儲(chǔ)存，能有效改善氣態(tài)儲(chǔ)存及液態(tài)儲(chǔ)存方式的不足，優(yōu)點(diǎn)為儲(chǔ)氫密度大、安全性高且運(yùn)輸方便。儲(chǔ)氫密度是相同溫度壓力條件下氣態(tài)儲(chǔ)氫的1000倍左右，而且吸放氫速度適宜，缺點(diǎn)為理論研究與發(fā)展不夠完善。

近些年所發(fā)現(xiàn)的具有良好性能的儲(chǔ)氫材料主要包含碳基儲(chǔ)氫材料、有機(jī)框架儲(chǔ)氫材料、金屬氫化物儲(chǔ)氫材料、液體有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫材料及其他固體儲(chǔ)氫材料等。

1碳基儲(chǔ)氫材料

1.1活性炭

活性炭（AC）又稱碳分子篩，是一種獨(dú)特的多功能吸附劑。優(yōu)點(diǎn)有孔隙度高、比表面積高、吸附能力大、表面活性高、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)氫量高及成本價(jià)格低廉等?；钚蕴?jī)?chǔ)氫是利用其非常高的比表面積在中低溫( 77-273 K) 、中高壓( 1-10 MPa) 的條件下以吸附方式儲(chǔ)氫；氫氣吸附量與碳材料比表面積呈正比，比表面積越大，吸附量越高；儲(chǔ)氫量也與溫度和壓力密切相關(guān)，溫度越高、壓力越小，儲(chǔ)氫量越少。

1.2石墨納米纖維

石墨納米纖維( GNF) 是一種由含碳化合物經(jīng)金屬催化劑分解后層層沉淀堆積在一起的石墨材料，主要類型為薄片狀、管狀、帶狀、棱柱狀和鯡魚(yú)骨狀。由于石墨納米纖維結(jié)構(gòu)特征及復(fù)合特性的特殊性，在儲(chǔ)氫領(lǐng)域的發(fā)展前景非常廣闊。研究表明改變石墨納米纖維的形狀可以改變儲(chǔ)氫容量。

1.3碳納米纖維

碳納米纖維的比表面積很大，表面能夠吸附大量的氫氣，便于氫氣進(jìn)入碳納米纖維；氫氣分子的動(dòng)力學(xué)直徑小于碳納米纖維的層間距，因而大量氫氣可以進(jìn)入碳納米纖維的層間；碳納米纖維有中空管，氫氣可凝結(jié)在中空管中，因而碳納米纖維儲(chǔ)氫密度較高。由此可見(jiàn)，影響碳納米纖維儲(chǔ)氫量的因素有直徑、結(jié)構(gòu)及質(zhì)量。在一定范圍內(nèi)，碳納米纖維的儲(chǔ)氫量與質(zhì)量呈正比，與直徑呈反比。

1.4碳納米管

碳納米管具有納米尺度中空孔道、高活性等特性，因而有良好的儲(chǔ)氫性能。研究表明比表面積不同，碳納米管的儲(chǔ)氫量不同，兩者呈正比。

2有機(jī)框架儲(chǔ)氫材料

2.1金屬有機(jī)框架化合物儲(chǔ)氫材料

金屬有機(jī)框架化合物（MOFs）是由含氧、氮等的多齒有機(jī)配體（大多是芳香多酸或多堿）與過(guò)渡金屬離子自組裝而成的配位聚合物。以新型陽(yáng)離子、陰離子及中性配體形成的MOFs材料具有孔隙率高、孔結(jié)構(gòu)可控、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、制備過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。MOFs材料儲(chǔ)氫性能與儲(chǔ)氫機(jī)理、結(jié)構(gòu)的關(guān)系、影響機(jī)理等有待研究，常溫常壓下MOFs材料的儲(chǔ)氫性能有待提高，目前關(guān)于影響MOFs 材料儲(chǔ)氫性能的研究主要是采用密度泛函理論等進(jìn)行，在理論模擬及量化計(jì)算MOFs材料的儲(chǔ)氫性能及改進(jìn)方法方面已取得較為深入了解。

2.2共價(jià)有機(jī)骨架化合物( COFs) 儲(chǔ)氫材料

COFs是近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的一種在儲(chǔ)氫領(lǐng)域應(yīng)用前景較廣闊的多孔材料，優(yōu)點(diǎn)為比表面積高、密度低、結(jié)構(gòu)可調(diào)控性強(qiáng)以及熱穩(wěn)定性高等。研究表明COFs 對(duì)氫氣的吸附無(wú)論在低壓范圍、高壓范圍、低溫范圍、高溫范圍都是一個(gè)可逆的物理過(guò)程，COFs 的儲(chǔ)氫性能都比較理想。不過(guò)對(duì)COFs的一系列研究工作目前還欠缺實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅僅處于計(jì)算機(jī)模擬階段，對(duì)COFs的儲(chǔ)氫機(jī)理的研究也有待完善，常溫下的儲(chǔ)氫性能亦有待提高，COFs 作為一種很有研究?jī)r(jià)值和發(fā)展前途的儲(chǔ)氫材料在未來(lái)的氫能發(fā)展過(guò)程中必將發(fā)揮重要的作用。

3金屬氫化物儲(chǔ)氫材料

在金屬氫化物中，氫與堿金屬以共價(jià)鍵結(jié)合生成離子型氫化物，研究表明一定的溫度和壓力條件下，金屬氫化物對(duì)氫氣的大量吸收、儲(chǔ)存和釋放過(guò)程是可逆的。金屬氫化物的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫量大、無(wú)污染、安全可靠、制備技術(shù)和工藝成熟等。但儲(chǔ)氫性能還有待提高。

3.1釩系儲(chǔ)氫材料

釩系合金已較早地應(yīng)用于氫的儲(chǔ)存、凈化、壓縮及氫的同位素分離等領(lǐng)域。具有bcc結(jié)構(gòu)的釩系合金的優(yōu)點(diǎn)為儲(chǔ)氫量大VH2的理論儲(chǔ)氫密度為3.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))］、吸放氫容易、反應(yīng)速度快等。缺點(diǎn)為合金的表面容易被氧化從而生成一層氧化膜使其活化難度增大、熔點(diǎn)高、金屬釩的價(jià)格高昂導(dǎo)致其制備成本高、常溫常壓下放氫不徹底等。一系列問(wèn)題的存在對(duì)釩系儲(chǔ)氫材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用相對(duì)比較困難，成本問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

3.2鎂系儲(chǔ)氫材料

鎂系合金作為儲(chǔ)氫材料被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的儲(chǔ)氫材料，備受各國(guó)專家及學(xué)者的青睞，優(yōu)點(diǎn)為質(zhì)量輕密度小、儲(chǔ)氫量高、資源豐富、價(jià)格低廉、無(wú)污染等，缺點(diǎn)為工作溫度高、吸/放氫動(dòng)力學(xué)性能差等。

3.3稀土系儲(chǔ)氫材料

稀土系合金以LaNi5為代表，優(yōu)點(diǎn)為儲(chǔ)氫性能優(yōu)良( 儲(chǔ)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.4%) 、吸氫能力強(qiáng)、易活化、對(duì)雜質(zhì)不敏感、吸釋氫不需高溫高壓等，缺點(diǎn)為吸氫后晶胞體積膨脹較大、易粉化、吸釋氫能力易失、成本高昂等。為解決稀土合金的成本問(wèn)題及改善合金吸釋氫的壓力、活化速率、吸釋氫速率等熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能，可采用多元合金化、非化學(xué)計(jì)量、熱處理、快速凝固法等手段提高稀土系儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫性能。

3.4鈦系儲(chǔ)氫材料

鈦系儲(chǔ)氫材料。優(yōu)點(diǎn)是成本低、資源豐富等，缺點(diǎn)是活化需高溫高壓( 450℃、5MPa) 較難、抗雜質(zhì)能力差、反復(fù)吸釋氫后性能差等。合金的活化性能和吸放氫速率在催化元素鉛( Pd) 的影響下可以明顯提高；純氬氣環(huán)境下對(duì)FeTi球磨30h，加入少量Ni，吸放氫性能能夠顯著提高；Mn、Ni等過(guò)渡元素代替FeTi中的Fe，即將 Fe 替換掉后，活化性能明顯改善。

3.5鋯系儲(chǔ)氫材料

鋯系合金優(yōu)點(diǎn)是吸氫量大、反應(yīng)速度快、易活化、無(wú)滯后效應(yīng)等，缺點(diǎn)為穩(wěn)定性較差等。研究表明通過(guò)添加Ni、Mn、Cr、V等元素能改善儲(chǔ)氫性能，Zr-Ni合金吸氫容量較大、室溫下較穩(wěn)定、吸釋氫所需壓力低、催化活性和耐腐蝕性強(qiáng)、電化學(xué)性能好，但存在吸/釋氫可逆性差等問(wèn)題；將微量稀土元素加入Zr-Cr-Ni合金中，在稀土元素影響下，活化性能顯著提高，儲(chǔ)氫量增大、電化學(xué)容量增加、循環(huán)壽命變長(zhǎng)，但存在活化難、放電能力差、成本高等問(wèn)題。

4液體有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫材料

液體有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫的原理是不飽和液體有機(jī)物與氫的可逆反應(yīng)，即加氫反應(yīng)和脫氫反應(yīng)。液體有機(jī)物儲(chǔ)氫的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)氫量大、儲(chǔ)存和運(yùn)輸簡(jiǎn)單、可重復(fù)使用、加氫反應(yīng)放出大量熱可供利用。研究表明，從儲(chǔ)氫過(guò)程的能耗、儲(chǔ)氫量、物理化學(xué)特性等方面考慮，烯烴、炔烴和芳烴等不飽和有機(jī)物儲(chǔ)氫材料中，單環(huán)芳烴的儲(chǔ)氫性能是最好的；苯、甲苯的儲(chǔ)氫量較大并且加脫氫過(guò)程可逆，是一類不錯(cuò)的有機(jī)儲(chǔ)氫材料。

5其他儲(chǔ)氫材料

5.1玻璃微球儲(chǔ)氫材料

中空玻璃微球體可以用作儲(chǔ)氫材料。MgAlSi、石英、聚酰胺、聚乙烯三酚鹽酸、N29等均為中空玻璃微球，儲(chǔ)氫量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%-42%。溫度200-400℃ 、直徑25-500μm范圍內(nèi)，壁厚度＜1μm 的玻璃微球的穿透率增大，在一定壓力下氫氣進(jìn)入玻璃體內(nèi)，玻璃微球的穿透性隨著溫度降低而降低，當(dāng)溫度降到一定程度時(shí)，玻璃微球的穿透性變?yōu)?，氫氣便留在玻璃微球體內(nèi)；玻璃微球的穿透性隨著溫度的升高又逐漸增大，氫氣便從玻璃微球內(nèi)釋放。

5.2硼烷氨儲(chǔ)氫材料

硼烷氨作為一種新型高能儲(chǔ)氫材料，儲(chǔ)氫容量能達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.6%，放氫溫度相比之下比較低，低于350℃。研究表明，硼烷氨脫氫過(guò)程在離子液體中進(jìn)行，能夠大大地提高氫的釋放量及釋放速率；同時(shí)在硼烷氨中摻入Ni基催化劑，氫的釋放量顯著增多。當(dāng)前硼烷氨合成工藝非常成熟，而再生技術(shù)卻不完善，嚴(yán)重阻礙了硼烷氨及其衍生物的發(fā)展應(yīng)用。