1.      氢气的性质

氢气，化学式为H₂，分子量为2.01588，常温常压下，是一种极易燃烧的气体。无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的密度只有空气的1/14，0.089g/L。氢气沸点-252.77℃（20.28K)，熔点-259.2℃(14.01K)，在一个标准大气压下，温度-252.87 ℃时，氢气可转变成无色的液体；-259.1 ℃时，变成雪状固体。常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。金属钯对氢气的吸附作用最强。氢气是一种极易燃的气体，燃点只有574℃，在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧，氢气占4.1%至74.8%的浓度时与空气混合，或占18.3%至59%易引爆。

2.      氢气的应用

2.1.     医学用途

目前已有大量关于研究使用氢气治疗一些病症的报道，至2014年已经有63个疾病类型被证明可以被氢气有效治疗。每年氢气生物学文章数量，如2007年3篇、2008年15篇、2009年26篇、2010年50篇、2011年63篇、2012年95篇，呈现爆发式增长。氢气的分子效应可在多种组织和疾病存在，例如大脑、脊髓、眼、耳、肺、心、肝、肾、胰腺、小肠、血管、肌肉、软骨、代谢系统、围产期疾病和炎症等。在上述这些器官、组织和疾病状态中，氢气对器官缺血再灌注损伤和炎症相关疾病的治疗效果最显著，有4篇文章涉及到恶性肿瘤。氢气生物学效应发现以来，氢气对以脑血管疾病为代表和以老年性痴呆为代表的中枢神经系统疾功能紊乱都具有明显的保护作用。在实验室研究中，发现氢气对脑血管病有一定治疗作用，对神经退行性疾病有一定治疗作用，氢气作为一种选择性抗氧化物质，氢对肝脏缺血、药物性肝炎、胆管阻塞引起的肝硬化、脂肪肝等多种类型的肝脏疾病具有有效和明显的治疗作用。在临床研究中，到2013年四月为至，先后有7个疾病临床研究报道，分别是二型糖尿病、代谢综合症、血液透析、炎症/线粒体肌肉病、脑干缺血和放射治疗副作用和系统性红斑狼疮。从世界卫生组织注册的信息中可以发现，也有一些没有发表论文的临床研究。这些研究报告显示氢气在人体脂代谢和糖代谢中的关键的调节作用。

2.2.     燃料用途

随着化石燃料逐渐减少，人们在不断寻找储量丰富的新的“含能体能源”。氢气具优良的性能，是一种理想的新“含能体能源”，越来越受到人们的关注。

氢气燃烧性能良好，且安全无毒。氢气空气混合时可燃范围大，具有良好的燃烧性能，而且燃烧速度快。同时氢气燃烧时主要生成水和少量氨气，不会产生诸如一氧化碳、碳氢化合物等，与其他燃料相比更清洁。

氢气导热性能、发热值高。氢气的导热系数高出一般气体导热系数的10倍左右，是良好的传热载体。氢的发热值为142，351kJ/kg，是汽油发热值的3倍，比化石燃料、化工燃料和生物燃料的发热值都高。利用氢能高发热值的特点，已有较长的历史，比如在切割、焊接以及有机玻璃制品火焰抛光等方面均有此应用。

2.3.      行业用途

可用作核研究、氘核加速器的轰击粒子、示踪剂，可以做气相色谱氢焰化验原料、密度小充探空气球、新型的高能燃料(驱动火箭)、冶炼金属钨、钼等，还有石油精炼、浮法玻璃、电子、食品、饮水、化工生产、航天、汽车业等行业。

2.3.1.    石油化工

氢气是现代炼油工业和化学工业的基本原料之一，在广泛范围内氢以多种形式用于化学工业。合成氨、甲醇用的氢大部分是由天然气、石脑油或重油的蒸汽转化或部分氧化制取。一个1000t/d规模的氨厂，每生产1t氨需要氢气336m3,大规模生产合成氨的主要成本取决于氢的成。一个2500t/d规模的甲醇厂，每生产1t甲醇约需要氢气560m3。石油炼制工业用氢量仅次于合成氨。在石油炼制过程中，氢气主要用于石脑油加氢脱硫、粗柴油加氢脱硫、燃料油加氢脱硫、改善飞机燃料的无火焰高度和加氢裂化等方面；在石油化工领域，氢气主要用于C3馏分加氢、汽油加氢、C6－C8馏分加氢脱烷基以及生产环己烷等方面。

在石油化工领域，还可以用氢和一氧化碳反应合成多种有机化合物，如乙二醇的合成、合成聚甲烯(poly+methylen）、,醇的同系化反应、与不饱和烃反应制醛等。用费托法可以合成各种烃，包括发动机燃料和一系列有价值的单一有机化合物，如固体石蜡、含氧化合物等。

2.3.2.    电子工业

在晶体的生长与衬底的制备、氧化工艺、外延工艺中以及化学气相淀积（CVD）技术中，均要用到氢气。半导体工业对气体纯度要求极高，微量杂质的“掺人”，将会改变半导体的表面特性。

电子工业中多晶硅的制备需要用到氢。当硅用氯化氢生成三氯氢硅SiHCl3后经过分馏工艺分离出来，在高温下用氢还原，达到半导体需求的纯度：

SiHCl3+H2+→Si+3HCl

当用于氢氧合成氧化，常压下将高纯氢与高纯氧通人石英管内，使之在一定的温度下燃烧，生成纯度很高的水，水汽与硅反应生成高质量的SiO2膜。

在外延工艺中，用于硅气相外延:四氯化硅或三氯氢硅在加热的硅衬底表面与氢发生反应，还原出硅沉积到硅衬底上。上述过程对氢的纯度要求很高。氢气中含有的微量一氧化碳和二氧化碳杂质会使衬底氧化，生成多晶硅。如果含有甲烷，则会生成碳化硅进人外延层，引起缺陷。过去硅外延时，要求含氧量小于1×10-6，露点低于-70℃，现在要求更苛刻，在砷化镓液相外延时，当氢气中含氧量降到0.03+×10-6，露点低于-90℃时，器件寿命可达104小时以上。

在电真空材料和器件如钨和钼的生产过程中，用氢气还原氧化物粉末，再加工制成线材和带材，若其中所用的氢气的纯度越高，水含量越低，还原温度越低，所得钨、钼粉末就越细。对氢闸管、离子管、激光管等各种充气电子管的填充气体纯度要求更高，显像管制造中所使用的氢气纯度大于99.99%。

光导纤维的应用和开发是新技术革命的重要标志之一，石英玻璃纤维是光导纤维的主要类型，在制造过程中，需要采用氢氧焰加热，经数十次沉积，对氢气纯度和洁净度都有很高要求 。

2.3.3.    浮法玻璃生产

在玻璃工业中广泛使用的气体有氢、乙炔、氧和氮。在浮法玻璃成形设备中装有熔融的锡液，它极易被氧化，生成氧化锡，造成玻璃沾锡，增加锡的消耗量，因此需要将锡槽密封，并连续不断送人纯净的氢氮混合气，维持槽内正压与还原气氛，保护锡液不被氧化。浮法玻璃厂氢气耗量取决于生产规模，一般在80-150m3/h之间，供氢模式多采用电解氢经提纯后送人锡槽，氢气的纯度为99.999%。

2.3.4.    冶金工业

在冶金工业中，氢气主要用作还原气，以便将金属氧化物还原成金属。氢气除了用于还原若干种金属氧化物以制取纯金属外，在高温锻压一些金属器材时，经常用氢气作为保护气以使金属不被氧化。

2.3.5.    食品行业

许多天然食用油具有很大程度的不饱和性，经氢化处理后，所得产品可稳定贮存，并能抵抗细菌的生长，提高油的粘度。植物油加氢氢化所用的氢气，纯度要求都很高，一般需严格提纯后方可使用。食用油加氢的产品可加工成人造奶油和食用蛋白质等。非食用油加氢可得到生产肥皂和畜牧业饲料的原料，过程包括用氢和不饱和酸（油酸、亚油酸等）的甘油脂，将氢引人到液体脂肪或植物油的组成中。

2.3.6.    航空航天

氢作为航空燃料的优点有很多，它不仅能满足未来航空燃料的许多要求，最重要的是，氢燃烧对环境基本不产生污染。按单位质量计，氢的燃烧热值(119900-141900kJ/kg)比烃类燃料的燃烧热值大1.8倍。由液氢和液氧组合成的推进剂具有很高的比推力。因此，在空间技术中大量使用液氢。

2.3.7.    氢能源燃料电池

凭借零污染、可再生、加氢快、续航足等优势，氢燃料电池技术在理论上完爆石油与锂电池，被誉为车用能源的“终极形式”。相对于传统燃油车，氢燃料电池车同时具有节能减排的新能源车属性： 减排。氢燃料电池的反应方程式非常简单：氢气+氧气→水。不仅没有氮氧化物这种有毒气体，就连二氧化碳都没有啊！当然，这一点与电动车碳排放的争议相似，从全生命周期的角度来看，制氢是免不了有碳排放的。目前的主流观点是：即便是考虑70%的火电，纯电动车的碳排放还是优于燃油车，氢燃料电池车则与纯电动相当或更好。

可再生能源：相对地柴油汽油，氢能源最大的优势就是可再生。除了工业副产品制氢之外，还能通过煤制氢、利用谷电电解水制氢等，全生命周期的能源效率要优于汽油柴油。退一万步讲，能源效率还不如汽油柴油，但氢能源作为可再生能源，对石油对外依赖很强的中国、日本来说，依然是很有吸引力的选项。 和电动车相比，氢燃料电池车续航足、加氢快；和传统燃油车比，氢燃料电池车又具有节能减排的属性。