笼形水合物储氢技术因安全性高、环境友好、释氢过程快速等优势，被认为是具有应用前景的新型固态储氢方式。然而，氢水合物普遍存在生成动力学缓慢、储氢容量偏低等问题。尽管1,3-二氧戊环（DIOX）可作为热力学促进剂降低氢水合物形成条件，但传统DIOX-H₂水合物体系仍面临诱导期长、生成速率慢和气液传质受限等瓶颈。

 针对这一挑战，华南理工大学化学与化工学院樊栓狮、王燕鸿团队提出了“预润湿竹炭孔道+二次补氢”的协同强化策略。研究以6–12 mm竹炭颗粒作为多孔载体，通过浸渍预润湿方法将5.56 mol% DIOX溶液均匀分散于竹炭孔道中，使每个孔道都成为微型反应器，从而扩大气液接触面积、降低传质阻力，并为水合物成核提供丰富位点。

 图1. 竹炭孔道中DIOX-H₂水合物储氢示意图

 实验结果表明，预润湿竹炭显著提升了DIOX-H₂水合物储氢性能。在274.15 K、18 MPa条件下，纯DIOX溶液体系储氢密度仅为0.012 wt%；直接加入竹炭后提升至0.275 wt%；而采用浸渍预润湿方法后，储氢密度进一步提高至0.553 wt%，相比直接加入法提升约101%。同时，该体系基本消除了传统DIOX-H₂水合物形成中的诱导期，0.5 h内即可达到0.455 wt%的储氢密度，储氢速率达0.910 wt%/h。

 图2. 纯DIOX溶液、直接加入竹炭和预润湿竹炭体系的储氢性能对比

 为进一步提高中后期水合物生长驱动力，研究提出二次补氢策略：当反应器压力下降至设定值附近时及时补充氢气，使体系在水合物持续生成阶段保持较高压力和浓度梯度。结果显示，在274.15 K、18 MPa下，二次补氢使最终储氢密度由0.553 wt%提高至0.724 wt%，提升30.9%，峰值水合物生长速率达到53.64 mmol/min。这说明维持中后期形成驱动力是突破DIOX-H₂水合物容量限制的重要途径。

 图3. 单次进氢与二次补氢条件下DIOX-H₂水合物储氢性能对比

 温度和压力实验进一步表明，驱动力是决定DIOX-H₂水合物储氢密度的关键因素。随着压力升高，储氢密度逐步增加；随着温度降低，体系形成驱动力增强，储氢容量明显提高。在272.15 K、18 MPa条件下，预润湿竹炭结合二次补氢策略实现了0.726 wt%的储氢密度，并在0.5 h内达到0.480 wt%，超过文献中DIOX-H₂水合物16 h形成后的储氢水平，储氢时间缩短约97%。

 图4. 不同温度和压力下DIOX-H₂水合物储氢密度变化

 机理分析表明，竹炭表面含有—OH、—COOH和C=O等亲水官能团，有利于DIOX溶液在孔道内分散和固定。SEM观察显示，竹炭具有丰富的蜂窝状微米级孔道结构，能够显著增加气液接触面积；显微观察进一步证明，DIOX-H₂水合物在竹炭孔道内呈微米级薄膜状生长。Raman光谱在4130.7 cm⁻¹处观察到氢分子特征峰，证实氢分子以单分子形式占据DIOX-H₂水合物小笼，证明水合物确实在竹炭孔道内形成。

 图5. 竹炭孔道内DIOX-H₂水合物形貌及Raman光谱分析

 值得注意的是，DIOX-H₂水合物在孔道内生长时会产生体积膨胀，导致部分竹炭孔道破裂。该过程一方面进一步暴露内部溶液、扩大气液界面，从而促进快速储氢；另一方面也会削弱竹炭结构稳定性，导致循环性能下降。因此，未来研究可进一步开发机械强度更高、孔结构稳定且可循环使用的多孔材料，以提升该策略的工程应用潜力。

 相关成果以“High-capacity and rapid hydrogen storage in 1,3-dioxolane-H₂ hydrate via pre-wetted bamboo charcoal”为题发表在国际期刊《International Journal of Hydrogen Energy》（219, 2026, 154003）。论文第一作者为华南理工大学化学与化工学院范忠明，通讯作者为樊栓狮教授，论文作者还包括王燕鸿、郎雪梅、李刚和董新法等，该研究得到了国家自然科学基金（No. 52576205）的资助。