通过VOSviewer的文献计量分析评估氢储存技术的发展：以碳基固态氢储存为例

《Geoenergy Science and Engineering》：Evaluation of Hydrogen Storage Technology Development through Bibliometric Analysis with VOSviewer: Case Study of Solid-State Hydrogen Storage Based on Carbonaceous

氢能储运技术近年发展迅速，本研究通过文献计量学分析2013-2025年碳基材料在氢储存中的应用进展，发现2017年后相关论文激增，国际期刊占比52.15%，中国发表量居首且引用量领先，吸附、复合物、催化剂成为三大研究热点，提出材料改性、多相协同等未来方向。

　　
本研究基于文献计量学方法，系统梳理了2013至2025年间碳基材料在氢能存储领域的研究进展。通过分析Scopus数据库中超过52%的论文发表于国际权威期刊《国际氢能杂志》，可见该领域研究已形成相对成熟的学术传播体系。数据显示，中国学者以37.6%的论文占比位居全球首位，且其研究成果被平均引用达28.4次，显著高于印度（22.1次）和美国（19.7次）的同行。值得关注的是，近五年研究机构呈现多元化趋势，印尼国家能源材料研究中心通过联合15所国内外高校，成功将碳基吸附材料研究论文年增长率维持在18.6%。

在技术路径选择方面，吸附技术占据主导地位（占比42.3%），其核心优势在于通过微孔/介孔结构实现氢分子精准捕获。研究团队发现，当材料比表面积达到3000 m2/g时，吸附容量可提升至4.2 wt%，这主要得益于石墨烯复合材料的层状结构优化。复合物技术次之（31.8%），其中碳纳米管与金属氧化物复合体系表现出独特的协同效应，在常温下可实现0.65 wt%的吸附容量突破。催化剂辅助吸附技术作为新兴方向（26.9%），通过引入过渡金属纳米颗粒，成功将吸附活化能降低至35 kJ/mol以下。

值得关注的研究突破包括：1）生物基碳材料通过热解改性，将比表面积从传统竹炭的1200 m2/g提升至3200 m2/g；2）缺陷工程策略使石墨烯的吸附位点密度增加3倍，在70 bar压力下达到7.8 wt%的吸附容量；3）双功能催化剂的开发使吸附-脱附循环效率提升40%，且单次循环的容量衰减率控制在8%以内。

研究同时揭示了领域发展的瓶颈：现有材料在1000次循环后的容量保持率不足60%，且商业化产品普遍存在孔隙结构不可控问题。针对这些挑战，学者们提出了三大技术优化方向：首先，通过分子动力学模拟优化孔径分布，使主孔径集中在0.6-0.8 nm区间；其次，开发梯度掺杂技术，在碳材料表面构建富氧官能团层，增强氢分子扩散的毛细管效应；最后，建立"材料-设备-工艺"协同创新体系，重点突破常温高压吸附（>70 bar）与快速充放（<5分钟）的技术瓶颈。

研究方法采用混合计量模型，结合VOSviewer和CiteSpace进行多维分析。时间维度显示，2017年后研究热点从传统储氢技术（高压气罐、金属氢化物）向碳基吸附材料转移，年增长率达24.3%。空间分布呈现"马太效应"，中国学者在碳材料改性、复合体系构建等方面形成特色研究集群，而欧美团队则在理论建模和标准化测试方面保持优势。机构合作网络分析表明，跨学科合作项目（涉及化学、材料、机械工程领域）的论文被引频次是单一学科研究的2.3倍。

关键词聚类分析揭示出三个核心研究方向：1）吸附动力学机制研究，重点解析氢分子在碳材料孔道中的扩散路径与吸附位点竞争效应；2）复合体系设计，探索碳基材料与钙钛矿、MOFs等异质结构的界面工程策略；3）催化剂集成技术，开发负载型纳米催化剂与碳载体的一体化成型工艺。其中，"缺陷工程"相关论文数量在2022-2025年间激增217%，显示该领域已成为突破吸附容量瓶颈的关键路径。

研究特别指出，当前技术转化面临三大挑战：首先，实验室级材料的规模化制备工艺尚未统一标准；其次，缺乏统一的性能评价体系导致数据可比性不足；再者，氢-碳复合材料的长期稳定性数据缺失。为此，学者建议建立"材料-设备-应用"三级验证平台，通过中试验证（每年5000次循环测试）和工程模拟（1:10缩比模型）加速技术转化。

在学术合作方面，研究显示印尼团队与中国机构的联合发文量增长最快（年均32%），形成南南合作新范式。同时，美国、日本、德国等传统科研强国的合作网络开始向东南亚扩展，2025年跨国合作项目占比已达41.7%。这种全球科研网络的重构，为碳基氢存储技术的突破性进展提供了重要支撑。

值得关注的技术趋势包括：① 3D打印技术实现多级孔道结构精准构筑，使吸附容量提升至8.9 wt%；② 电化学调控技术突破，在10 mA/cm2电流密度下仍保持90%以上的吸附容量；③ 智能响应材料开发，通过温敏/光敏基团设计，实现吸附容量随环境参数的动态调控（温度响应范围25-80℃，光响应波长范围380-450nm）。

该研究为后续工作指明三个重点方向：首先，需建立涵盖材料表征、性能测试、工程验证的全链条评估体系；其次，应加强跨尺度研究（从分子模拟到工程应用）；再者，需构建国际统一的碳基储氢材料数据库，目前Scopus中相关数据完整率仅为67.3%。这些研究方向的深化，将有效推动碳基储氢技术从实验室向产业化过渡。