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储氢的新面貌

加拿大和德国的科学家已经提出了一种储存氢的新技术。该方法涉及将气体存储在仅几纳米深的石墨层之间,可以帮助寻求用于燃料电池的实用储氢装置。石墨比其他材料(例如碳纳米管)更能储存氢,因为它便宜,无毒且易于制备(进程Natl。学院科学 待发布)。

石墨烯层

氢燃料电池可能是传统化石燃料的环保替代品。通过氧化分子氢,它们仅产生能量和水。因此,燃料电池可以减少污染并削减人造温室气体的排放。使它们受阻的是一种有效存储所需氢的方法。

先前关于储氢化合物的工作主要集中在碳纳米管和笼形氢水合物化合物上。然而,这些材料仅在低温或高压下在燃料电池中起作用。尽管物理学家过去曾研究过石墨,但理论模型表明该材料不能很好地存储氢。

但是,现在,John Tse(现在在萨斯喀彻温大学就读)和加拿大Steacie分子科学研究所和德国德累斯顿工业大学的同事已经使用数学模型重新分析了石墨。他们发现,以前的研究没有考虑碳和氢在量子尺度上的相互作用,这导致了对该材料吸收能力的误导性结论。包括此类交互涉及解决Schrö氢原子在复杂的石墨势能表面上运动的dinger方程。

根据他们的计算,石墨或石墨烯的薄层—二维碳原子片—相距6到7埃,可以在室温和仅10 MPa的中等压力下存储氢。此外,储氢量接近美国能源部设定的每立方米62公斤的实际目标。石墨的另一个优点是可以通过适度的加热释放氢气。

加拿大-德国小组表示,它可以创造“tuneable”通过插入具有不同储氢特性的石墨纳米结构“spacer” molecules between the graphite layers. These 垫片s would have the added advantage of keeping out contaminants, such as nitrogen and carbon monoxide, which can reduce hydrogen storage capacity.

“现在的技术难题是合成具有适当平面间距的石墨烯,以最大程度地吸收氢,” says Tse. “一旦实现这一目标,并且我们的理论预测得到证实,我预见到石墨烯将是实际储氢的有力竞争者。”

版权©IOP 出版 Ltd和个人贡献者的2021年