笼形水合物储氢技术具有储存条件温和、过程可逆、成本较低和环境友好等优势，被认为是具有应用潜力的新型储氢路线。然而，氢水合物生成动力学缓慢、储氢速率低，仍是限制其工程化应用的关键瓶颈。特别是在准同步生成策略显著加快氢水合物形成后，快速生长过程会释放大量水合热，造成局部热积累，进而抑制后续水合物持续生长。因此，如何同时解决传质与传热问题，是提升水合物储氢效率的核心科学与技术问题。

 针对这一挑战，华南理工大学化学与化工学院王燕鸿、樊栓狮团队提出不锈钢纤维（SSF）与十二烷基硫酸钠（SDS）协同强化策略，基于丙烷–氢水合物准同步生成体系，引入具有连续线性导热网络的不锈钢纤维，系统研究SDS浓度、SSF添加量及纤维长度对氢水合物生成动力学和传热行为的影响。研究发现，SDS主要通过降低气液界面张力、改善水合物形貌和强化传质来促进快速成核与生长；SSF则依靠粗糙金属表面提供丰富成核位点，并构建贯通的热传导网络，加速水合热移除。二者协同作用可显著缩短诱导时间，并提升储氢速率与储氢容量。

 图1. 不锈钢纤维样品及其微观结构

 实验结果表明，SSF与SDS的协同效果高度依赖SDS浓度。当SDS质量分数为0.03 wt%时，体系表现出最佳储氢性能：相较其他SDS浓度，氢气吸收量提高9.09%–11.94%，平均水合物生长速率提高25.30%–57.65%。在该浓度下，SDS能够有效降低界面张力并促进气体溶解和水合物成核，同时避免高浓度SDS聚集造成的界面阻力增加和气体扩散受限。

 图2. 不同SDS浓度下SSF/SDS体系的氢水合物储氢性能

 进一步研究发现，SSF添加量为5.0 wt%时效果最佳。此时不锈钢纤维能够充分覆盖气液界面，形成兼具水迁移、气体扩散和热量传导功能的三维支撑网络，最大储氢容量达到68.09 cm³/cm³ hydrate（0.630 wt%）。当SSF添加量继续增加时，纤维过度堆积和缠结反而削弱界面暴露与毛细输水作用，储氢性能不再提升。

 图3. 不同SSF添加量对氢气水合物储氢容量与生成速率的影响

 纤维长度同样是影响性能的重要因素。与短纤维相比，长不锈钢纤维能够构建更连续的线性导热网络，从而更快移除水合热，维持水合物持续快速生长。在0.03 wt% SDS与5.0 wt%长SSF条件下，体系最大储氢容量达到69.80 cm³/cm³ hydrate（0.65 wt%），90%最大储氢量仅需13 min，平均生长速率达到483.23×10⁻² cm³/cm³ hydrate·min⁻¹，表现出目前报道中极快的氢水合物生成动力学。

 图4. 长短不锈钢纤维对氢气水合物生成动力学的影响

 传热分析表明，SSF对体系宏观有效热导率的提升并不显著，但其真正作用在于改变内部传热路径。SSF将水合物形成区域分割为多个微小网格，使水合热无需长距离穿过水合物层，而是快速传递至附近纤维并导向反应器壁。加入SSF后，体系内部热阻由2.278 K/W降至0.063 K/W，整体热阻降低94.4%，水合热移除速率提高约18.1倍，有效缓解了快速成核生长过程中的热抑制问题。

 图5. SSF对氢气水合物热导率、热阻和传热速率的影响

 相关研究成果以“Synergistic enhancement of heat transfer and formation kinetics of hydrogen hydrates by stainless steel fibers andSDS”为题发表在国际期刊《Fuel》。论文通讯作者为华南理工大学化学与化工学院王燕鸿副研究员，第一作者为陈思远，论文作者还包括樊栓狮教授、郎雪梅副研究员和李刚教授。该研究得到了国家自然科学基金（No. 52576205）的资助。