据莱斯大学的科学家称，由氮化硼纳米管柱分隔的石墨烯层可能是在汽车中储存氢燃料的合适材料。
能源部已经为储存材料设定了基准，使氢气成为轻型车辆的实用燃料。材料科学家Rouzbeh Shahsavari的莱斯实验室在一项新的计算研究中确定，柱撑氮化硼和石墨烯可能是候选者。
Shahsavari和Farzaneh Shayeganfar的研究发表在美国化学学会期刊Langmuir上。
Shahsavari的实验室已经通过计算机模型确定了有弹性和弹性的柱状石墨烯结构，后来将氮化硼纳米管加工成混合物以模拟独特的三维结构。(已经制成了与石墨烯无缝结合的氮化硼纳米管样品。)
就像建筑物中的支柱为人们在地板之间留出空间一样，氮化硼石墨烯中的支柱为氢原子提供了空间。挑战是让他们进入并保持足够的数量并根据需求退出。
在最新的分子动力学模拟中，研究人员发现，柱撑石墨烯或柱撑氮化硼石墨烯可提供丰富的表面积(约每平方米2,547平方米)，在环境条件下具有良好的可回收性。他们的模型显示，向材料中添加氧气或锂会使它们更好地结合氢气。
他们将模拟重点放在四种变体上：氮化硼柱撑结构或掺杂氧或锂的柱撑氮化硼石墨烯。在室温和环境压力下，氧掺杂的氮化硼石墨烯被证明是最好的，其重量占其重量的11.6%(其重量容量)和约60克/升(其体积容量); 它很容易击败多孔氮化硼，金属氧化物骨架和碳纳米管等竞争技术。
在-321华氏度的寒冷天气下，该材料在氢气中的重量占其重量的14.77%。
美国能源部目前的经济储存介质目标是在中等条件下储存超过5.5%的重量和40克/升的氢气。最终目标是7.5重量%和70克每升。
Shahsavari说，由于van der Waals力较弱，氢原子吸附在未掺杂的柱撑氮化硼石墨烯上。当材料掺杂氧时，原子与混合物强烈结合并为进入的氢产生更好的表面，Shahsavari说这可能在压力下输送并在压力释放时退出。
“由于电荷的性质及其相互作用，向基板中添加氧气使我们具有良好的结合性，”他说。“已知氧气和氢气具有良好的化学亲和力。”
他说，氮化硼与石墨烯结合的极化性质和石墨烯本身的电子迁移率使得该材料在应用中具有高度可调性。
“我们正在寻找的是最佳点，”Shahsavari说，描述了理想条件，即材料表面积和重量之间的平衡，以及工作温度和压力。“这只能通过计算建模来实现，因为我们可以非常快速地测试很多变化。实验主义者需要几个月的时间才能完成只需几天的工作。”
他说，这些结构应足够坚固，能够轻易超越能源部的要求，即氢燃料箱能够承受1,500次充放电循环。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！