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“白石墨”或成为最佳储氢结构

时间:2018-04-24 08:22:00来源:中国氢能源网(翻译)

  据外国媒体报道:莱斯大学的工程师已经着手将“白石墨”纳米材料变成储存氢气的最佳结构。像Lilliputian摩天大楼这样的设计,氮化硼地板放置在另一个上面,氮化硼柱子精确地保持5.2埃。

他们的研究成果发表在了Small期刊中。

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研究的主要作者,莱斯大学土木与环境工程教授助理RouzbehShahsavari表示,本研究的主要目的是创造一种能够吸收并容纳大量氢气的有效材料 - 无论是体积和重量 - 并且能够在需要时快速且容易地释放氢气。

经过赖斯最快的两台超级计算机的数月计算,Shahsavari和莱斯大学研究生Shuo Zhao发现了将氢储存在氮化硼中的最佳架构。这种结构的主要材料是六方氮化硼(hBN),原子厚的硼和氮片组成,并且有时称为白石墨烯,因为原子与石墨烯平片中的碳原子完全隔开。

Shahsavari多尺度材料实验室的先前工作中,发现石墨烯和氮化硼的混合材料可容纳足够的氢气,以满足能源部对轻型燃料电池汽车的储存目标。

选择材料很重要,已经证明氮化硼在吸氢方面比纯石墨烯,碳纳米管或石墨烯和氮化硼的混合物更好。但是hBN片材和支柱的间距和排列也很关键,因此,研究人员决定对hBN的所有可能的几何形状进行详尽的搜索,以确定哪种工艺最好,他们还扩大了计算范围,以包括各种温度,压力和掺杂剂,微量元素可添加到氮化硼中以增强其氢气存储容量。

与通过化学键合储氢的材料不同,氮化硼是一种通过物理键保持氢气的吸附剂,其物理键比化学键弱。由于吸附剂材料比其化学表亲更容易排放,因此这对于将氢气从储存库中取出是有利的。在上层建筑中选择氮化硼薄板或管子以及它们之间的相应间距是实现最大容量的关键。

没有支柱,这些片材自然而然地相互隔开约3埃,并且很少有氢原子可以穿透该空间。当距离达到6埃或更大时,容量也会下降,在5.2埃时,天花板和地板都会产生合作吸引力,并且氢气会在中间产生凝聚。模型表明,纯HBN管板结构可以容纳8重量%的氢。(重量百分比是浓度的量度,类似于百万分之一)。需要物理实验来验证能力,但美国能源部的最终目标是7.5%的重量百分比。

结构中平坦的地板状结构的不规则性也可能对工程师有用。

由于柱子和地板之间的连接性质,在柱撑氮化硼片材中自然形成褶皱,事实上,这也可能是有利的,因为这些皱纹可以提供韧性,如果材料处于负载或冲击下,那么这种弯曲的形状可以很容易地解开而不会断裂,这可能会增加材料的安全性,这是氢气存储设备。

国家科学基金会支持这项研究。超级计算资源由美国国立卫生研究院提供,并与思科,QlogicAdaptive Computing合作提供IBM共享大学研究奖,以及Rice研究计算中心管理的由国家科学基金会支持的DAVinCI超级计算机,并与赖斯肯尼迪信息技术研究所。

可从以下网址获取该论文的副本:https//doi.org/10.1002/smll.201702863

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