氮化硼-石墨烯或?qū)⒊蔀樽罴褍洳牧?/h1>

文章出處：責(zé)任編輯：人氣：-發(fā)表時間：2017-01-06 15:40:00【大 中 小】

  近日萊斯大學(xué)的一項研究發(fā)現(xiàn)“柱撐氮化硼-石墨烯”（graphene separated by nanotube pillars of boron nitride）是一種絕佳的儲氫材料，這一發(fā)現(xiàn)可能為氫動力新能源汽車帶來突破。該研究的主要作者是萊斯實驗室的材料科學(xué)家魯茲貝赫·沙薩瓦里（Rouzbeh Shahsavari）和法爾扎內(nèi)·沙亞甘法（Farzaneh Shayeganfar），相關(guān)論文刊登在美國化學(xué)學(xué)會《Langmuir》期刊上。更多信息請點擊：，或者撥打我們的熱線電話：400-6277-838

 

  氧摻雜柱撐，硼原子（粉色）和氮原子（藍(lán)色）組成了一個個“柱子”，在兩個石墨烯層之間為氫原子（白色）“撐”出空間，氧原子（紅色）摻雜其中。

 

　　他們的研究通過計算機(jī)模擬實現(xiàn)，第一步需要先制作氮化硼-石墨烯結(jié)構(gòu)：先模擬出堅韌又富有彈性的柱撐石墨烯結(jié)構(gòu)，然后將氮化硼納米管和石墨烯無縫結(jié)合形成獨特的三維結(jié)構(gòu)。

 

　　柱撐氮化硼-石墨烯儲氫的原理并不復(fù)雜，我們都知道在建筑中使用柱子承重可以創(chuàng)造出更多的空間?；谙嗤脑?，氮化硼-石墨烯中的“柱子”也能為氫原子騰出空間，但難點在于如何進(jìn)一步增加放進(jìn)去的氫原子數(shù)量，并在需要的時候?qū)⑺鼈冡尫懦鰜恚@也是此項研究的重點。

 

　 根據(jù)沙薩瓦里實驗室最新的分子動力學(xué)模擬顯示，若向材料中添加氧或鋰將使它們結(jié)合氫的能力進(jìn)一步提升。

 

　　他們的這一計算研究主要針對四個變體：分別摻雜氧、鋰的柱撐氮化硼和柱撐氮化硼-石墨烯結(jié)構(gòu)。

 

　　結(jié)果顯示，在室溫和環(huán)境壓力下，氧摻雜的氮化硼-石墨烯的儲氫能力是最好的，其能攜帶11.6%重量的氫并有著約60克/升的儲氫容量，在這一點上它打敗了包括多孔氮化硼、金屬氧化物骨架(MO frameworks)和碳納米管在內(nèi)的諸多競爭者。

 

　 此外，在-321華氏度的低溫下，氧摻雜的氮化硼-石墨烯的儲氫重量可以進(jìn)一步提升至14.77%。

 

 　那么這個儲氫能力究竟如何呢？作為對比可以看一下目前美國能源部對經(jīng)濟(jì)型儲氫介質(zhì)規(guī)定的目標(biāo)——在常規(guī)條件下達(dá)到5.5%的氫氣儲存重量和40克/升的儲存容量、即使是終極目標(biāo)也不過7.5%的儲存重量和70克/升的儲存容量。

 

　　“氧和氫具有良好的化學(xué)親和力，因此向基底中摻入氧氣使材料能夠更好地結(jié)合氫氣”，沙薩瓦里這樣解釋摻雜提高儲氫能力的原因。除此之外，氮化硼與石墨烯結(jié)合后所體現(xiàn)出的極化性質(zhì)、石墨烯自身的高電子遷移率等特性，也使得材料在實際應(yīng)用中變得高度可調(diào)。

 

 　“我們目前正在努力尋找最佳配置，”沙薩瓦里說道，這個最佳配置應(yīng)是一種材料的表面積和重量、溫度和壓力之間的平衡。“計算建模是目前來說來唯一實際的研究辦法，因為在計算機(jī)上可以很快地測試許多變量試驗，而實際做的話往往要花費數(shù)個月的時間。”

 

　　目前來看，這種材料能夠輕易實現(xiàn)能源部規(guī)定的氫燃料罐要可以承受1500次充放循環(huán)的要求，并且研究者認(rèn)為其已經(jīng)足夠穩(wěn)健實用。

 

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