本书从当前氢能利用面临的问题和挑战入手，结合编者所在团队在新能源材料方面的研究成果及国内外新的科研进展进行编写。本书围绕氢能利用各环节所涉及的新材料，介绍新材料在制氢、氢气分离与提纯、储氢及氢能转换等方面的应用，并对氢能利用中新材料的发展趋势进行展望。本书既有基础理论的介绍，也有专业应用技术的总结，不仅可作为氢能应用技术等专业研究人员的参考书，也适合对新能源材料感兴趣的非专业读者阅读。
从材料学角度解析新材料在氢能的制备、存储、利用全过程的作用
基于新研究进展撰写，聚焦新能源、新材料的重点、热点领域
朱宏伟
清华大学材料学院教授。主要从事以二维材料为代表的纳米材料多维多尺度可控合成及其应用基础研究。承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划重大项目等30余项科研项目。获国家自然科学二等奖、教育 部自然科学一/二等奖。获授权发明专利30余项，发表论文300余篇，SCI他引20000余次。出版《碳纳米管》《石墨烯》《石墨烯传感器及其在物联网中的应用》《石墨烯膜材料与环保应用》等中文专著，主编《Graphene》（Elsevier）、《Graphene-based membranes for mass transport applications》（Royal Society of Chemistry）等英文专著。
第 1章 引 言1
1.1 氢能的发展机遇与挑战2
1.1.1 能源与环境2
1.1.2 氢能应用前景.3
1.2 氢能利用对新材料的需求.4
1.2.1 氢气制取4
1.2.2 氢气分离与纯化5
1.2.3 氢气储存6
1.2.4 氢能应用7
1.3 面向未来能源战略需求发展氢能.7
参考文献9
第 2章 制氢用新材料11
2.1 电催化.13
2.1.1 基本原理与设计13
2.1.2 金属基电催化材料16
2.1.3 非金属基电催化材料.46
2.1.4 单原子电催化剂50
2.2 光电化学催化. 54
2.2.1 基本原理与设计 54
2.2.2 单结光电化学材料与性能 62
2.2.3 多结光电化学材料与性能 78
2.3 其他催化方法. 89
2.3.1 光催化. 89
2.3.2 热催化与光热催化 95
2.4 其他制氢方法. 98
2.4.1 化石燃料制氢. 98
2.4.2 生物质制氢 102
2.5 本章小结 105
参考文献 108
第3 章 氢气分离与提纯用新材料. 127
3.1 氢气分离膜简介 129
3.2 二维材料在氢气分离中的应用 132
3.2.1 二维纳米片膜. 133
3.2.2 层状结构膜 136
3.3 金属有机框架材料在氢气分离中的应用. 152
3.3.1 金属有机框架膜的制备 153
3.3.2 金属有机框架膜的优化 157
3.3.3 金属有机框架膜的主要问题与解决思路 167
3.3.4 金属有机框架材料在氢同位素分离中的应用. 173
3.4 本章小结 181
参考文献 182
第4 章 储氢新材料 189
4.1 金属氢化物 191
4.1.1 镁基合金 194
4.1.2 过渡金属钛/ 锆/ 钒基合金 200
4.1.3 稀土基合金 203
4.2 配位氢化物 206
4.2.1 金属铝氢化物. 206
4.2.2 金属硼氢化物. 209
4.2.3 金属氮氢化物. 211
4.2.4 氨硼烷. 214
4.3 有机化合物 216
4.3.1 液体有机氢化物 216
4.3.2 金属有机框架化合物. 219
4.3.3 共价有机框架化合物. 223
4.3.4 多孔聚合物 225
4.4 碳基材料 228
4.4.1 超级活性炭 229
4.4.2 碳纳米纤维 230
4.4.3 碳纳米管 232
4.4.4 石墨烯. 234
4.5 其他储氢材料. 237
4.5.1 笼形水合物 237
4.5.2 中空玻璃微球. 239
4.5.3 沸石. 240
4.6 本章小结 242
参考文献 243
第5 章 氢能转换中的新材料 253
5.1 燃料电池中的新材料 255
5.1.1 基本原理与设计 255
5.1.2 电解质材料 262
5.1.3 电极及催化材料 268
5.1.4 电解质隔膜材料 293
5.1.5 双极板材料 297
5.2 氢能的主要应用场景 301
5.2.1 传统应用-氢作为原料 301
5.2.2 新兴应用-能量转换 302
5.3 本章小结 305
参考文献 308
第6 章 总结与展望 313
6.1 氢能利用的进展 314
6.2 氢能利用中新材料的发展趋势 316
6.2.1 制氢环节 316
6.2.2 储氢环节 318
6.2.3 用氢环节 320
6.3 氢能与太阳能结合. 320
参考文献 324
缩略语表 325
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