锶氯化物-碳纳米纤维复合材料：高效氨存储与快速释放的创新设计

本研究针对碱性金属卤化物（AEMHs）在氨（NH3 ）存储中存在的体积膨胀和脱附动力学缓慢问题，通过静电纺丝和三步碳化工艺制备了锶氯化物（SrCl2 ）-碳纳米纤维复合材料（SrCs）。该材料实现了90 wt%的SrCl2 负载量，氨吸附容量达671 mg/g，循环稳定性优异，且脱附动力学比纯SrCl2 粉末快4倍以上，为低碳能源载体存储提供了高效解决方案。

　　

在全球气候变暖的严峻形势下，减少温室气体排放和发展低碳能源技术成为迫切需求。氨（NH₃
）作为一种无碳化学能源载体，在氢能存储和运输中展现出巨大潜力。然而，氨的毒性高、存储安全性差等问题限制了其广泛应用。传统的低温液态存储（-33°C）或高压气态存储（16-25 bar）均存在泄漏风险，而固态存储材料如碱性金属卤化物（AEMHs）虽能通过化学吸附氨实现高容量存储，却面临体积膨胀（可达原始体积的4倍）和脱附动力学缓慢的瓶颈。以锶氯化物（SrCl₂
）为例，其理论氨脱附容量高达87.5%，但实际应用中易因结构崩塌导致性能衰减。

为解决上述问题，研究人员通过静电纺丝（electrospinning）结合三步碳化工艺（稳定化、预氧化、碳化），成功制备了SrCl₂
-碳纳米纤维复合材料（SrCs）。该材料以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为聚合物载体和碳源，利用纳米纤维的高比表面积和开放孔隙结构，显著提升了氨的扩散和反应效率。研究通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征手段，证实了材料在碳化过程中的结构稳定性。

主要技术方法

1. 静电纺丝：以PVP和SrCl₂
   的乙醇/水溶液为前驱体，在30 kV电压下制备纳米纤维。
2. 三步碳化：依次在150°C（空气）、350°C（空气）和700°C（氮气）下处理，形成碳纳米纤维网络。
3. 性能测试：采用IsoSORP?吸附分析仪测量氨吸附/脱附动力学，结合热重分析（TGA）评估热稳定性。

研究结果

1. 微观结构调控：SEM显示，SrCl₂
   负载量从10 wt%增至15 wt%时，纤维直径从201 nm扩大至522 nm，且表面形成均匀盐晶体覆盖（图2a-b）。
2. 氨吸附性能：SrC-15（90 wt% SrCl₂
   ）的氨吸附容量达671 mg/g，首次循环吸附动力学比纯SrCl₂
   快123%（图5a）。
3. 循环稳定性：经过4次循环，SrC-15的吸附容量保持率超过99%，脱附时间从纯盐的220分钟缩短至41分钟（表2）。

结论与意义
该研究首次将AEMHs材料与碳纳米纤维结合，通过结构设计解决了体积膨胀和动力学限制的双重挑战。SrCs复合材料的高负载量、快速脱附（>4倍提升）和循环稳定性，为氨基能源系统的实际应用提供了新思路。未来研究可进一步优化材料的热导率，例如通过金属箔层状结构设计，以提升整体热管理效率。论文发表于《Materials Today Sustainability》，标志着固态氨存储技术向高效化、实用化迈出关键一步。