银离子交换Demirci（土耳其）斜发沸石的理化性质与氢吸附性能对比研究

为解决化石燃料枯竭与氢能存储难题，研究人员通过AgNO3梯度浓度（0.01–0.06 M）改性天然斜发沸石（clinoptilolite），探究其结构变化与氢吸附性能。结果表明，Ag+交换显著提升吸附容量（1.391–3.239 mmol g?1），其中A-0.02样品表现最优，为氢存储材料开发提供新策略。

　　

全球能源需求激增主要依赖煤炭、石油等化石燃料，但其不可再生性与环境问题迫使人类寻找清洁替代能源。氢能因其零碳排放被视为理想选择，但高效安全的存储技术仍是瓶颈。物理吸附法利用多孔材料（如沸石）在低温下可逆吸附氢气，具有动力学快、循环性好的优势。然而，天然沸石如斜发沸石（clinoptilolite）的吸附性能受限于其阳离子组成与孔道结构。土耳其Demirci地区产出的高纯度（>80%）斜发沸石因其独特的(Na₂O+K₂O)/(CaO+MgO)比例差异，成为研究阳离子调控氢吸附行为的理想模型。

为探索银离子（Ag⁺）交换对斜发沸石结构与性能的影响，研究人员选取两种原生样品（A-raw与B-raw），采用0.01–0.06 M AgNO₃溶液在80°C下进行4小时离子交换，通过X射线荧光（XRF）、X射线衍射（XRD）和77 K氮气/氢气吸附分析等手段系统表征改性前后的理化性质。

关键实验方法

1. 样本处理：Demirci地区天然斜发沸石经破碎筛分后，以梯度浓度AgNO₃溶液进行离子交换。
2. 结构表征：XRF分析化学成分，XRD鉴定矿物相变，N₂吸附测定比表面积与孔体积。
3. 性能测试：77 K下氢气吸附等温线测定，对比不同Ag⁺负载量的吸附容量差异。

研究结果

1. XRD分析：Ag⁺交换导致衍射峰位移，证实阳离子（Na⁺/K⁺/Ca²⁺）选择性替换，0.01 M时以Ag⁺-K⁺/Na⁺交换为主，高浓度下Ag⁺-Ca²⁺交换增强。
2. 孔结构变化：微孔表面积与体积随AgNO₃浓度增加而降低，表明Ag⁺占据孔道位点（如M(1)、M(2)）。
3. 氢吸附性能：所有Ag⁺改性样品吸附量（1.391–3.239 mmol g^?1）均优于未改性或其他阳离子改性沸石（1.181–2.752 mmol g^?1），A-0.02样品达最高值3.239 mmol g^?1。

结论与意义
Ag⁺交换通过调控斜发沸石孔道阳离子分布，优化了其氢吸附性能。低浓度Ag⁺优先替换K⁺/Na⁺，高浓度时则置换Ca²⁺/Mg²⁺，形成更高效的吸附位点。A-0.02样品的优异表现归因于Ag⁺在M(1)/M(2)位点的平衡分布，既维持孔道通畅又增强氢气结合力。该研究不仅揭示了阳离子类型与浓度对沸石储氢性能的协同影响，还为天然矿物资源的高值化利用提供了新思路，论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。