“白石墨”或成為最佳儲氫結構

據外國媒體報道：萊斯大學的工程師已經著手將“白石墨”納米材料變成儲存氫氣的最佳結構。像Lilliputian摩天大樓這樣的設計，氮化硼“地板”放置在另一個上麵，氮化硼柱子精確地保持5.2埃。

他們的研究成果發表在了Small期刊中。

研究的主要作者，萊斯大學土木與環境工程教授助理RouzbehShahsavari表示

，本研究的主要目的是創造一種能夠吸收並容納大量氫氣的有效材料 - 無論是體積和重量 - 並且能夠在需要時快速且容易地釋放氫氣。

經過賴斯最快的兩台超級計算機的數月計算，Shahsavari和萊斯大學研究生Shuo Zhao發現了將氫儲存在氮化硼中的最佳架構。這種結構的主要材料是六方氮化硼（hBN）
，原子厚的硼和氮片組成
，並且有時稱為白石墨烯，因為原子與石墨烯平片中的碳原子完全隔開。

在Shahsavari多尺度材料實驗室的先前工作中
，發現石墨烯和氮化硼的混合材料可容納足夠的氫氣，以滿足能源部對輕型燃料電池汽車的儲存目標。

選擇材料很重要，已經證明氮化硼在吸氫方麵比純石墨烯
，碳納米管或石墨烯和氮化硼的混合物更好。但是hBN片材和支柱的間距和排列也很關鍵，因此
，研究人員決定對hBN的(de)所(suo)有(you)可(ke)能(neng)的(de)幾(ji)何(he)形(xing)狀(zhuang)進(jin)行(xing)詳(xiang)盡(jin)的(de)搜(sou)索(suo)，以(yi)確(que)定(ding)哪(na)種(zhong)工(gong)藝(yi)最(zui)好(hao)，他(ta)們(men)還(hai)擴(kuo)大(da)了(le)計(ji)算(suan)範(fan)圍(wei)，以(yi)包(bao)括(kuo)各(ge)種(zhong)溫(wen)度(du)

，壓(ya)力(li)和(he)摻(chan)雜(za)劑(ji)

，微(wei)量(liang)元(yuan)素(su)可(ke)添(tian)加(jia)到(dao)氮(dan)化(hua)硼(peng)中(zhong)以(yi)增(zeng)強(qiang)其(qi)氫(qing)氣(qi)存(cun)儲(chu)容(rong)量(liang)。

與(yu)通(tong)過(guo)化(hua)學(xue)鍵(jian)合(he)儲(chu)氫(qing)的(de)材(cai)料(liao)不(bu)同(tong)

，氮(dan)化(hua)硼(peng)是(shi)一(yi)種(zhong)通(tong)過(guo)物(wu)理(li)鍵(jian)保(bao)持(chi)氫(qing)氣(qi)的(de)吸(xi)附(fu)劑(ji)，其(qi)物(wu)理(li)鍵(jian)比(bi)化(hua)學(xue)鍵(jian)弱(ruo)。由(you)於(yu)吸(xi)附(fu)劑(ji)材(cai)料(liao)比(bi)其(qi)化(hua)學(xue)表(biao)親(qin)更(geng)容(rong)易(yi)排(pai)放(fang)
，因(yin)此(ci)這(zhe)對(dui)於(yu)將(jiang)氫(qing)氣(qi)從(cong)儲(chu)存(cun)庫(ku)中(zhong)取(qu)出(chu)是(shi)有(you)利(li)的(de)。在(zai)上(shang)層(ceng)建(jian)築(zhu)中(zhong)選(xuan)擇(ze)氮(dan)化(hua)硼(peng)薄(bo)板(ban)或(huo)管(guan)子(zi)以(yi)及(ji)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)應(ying)間(jian)距(ju)是(shi)實(shi)現(xian)最(zui)大(da)容(rong)量(liang)的(de)關(guan)鍵(jian)。

沒有支柱
，這些片材自然而然地相互隔開約3埃，並且很少有氫原子可以穿透該空間。當距離達到6埃或更大時

，容量也會下降
，在5.2埃時，天花板和地板都會產生合作吸引力
，並且氫氣會在中間產生凝聚。模型表明
，純HBN管板結構可以容納8重量％的氫。（重量百分比是濃度的量度，類似於百萬分之一）。需要物理實驗來驗證能力，但美國能源部的最終目標是7.5％的重量百分比。

結構中平坦的地板狀結構的不規則性也可能對工程師有用。

由you於yu柱zhu子zi和he地di板ban之zhi間jian的de連lian接jie性xing質zhi，在zai柱zhu撐cheng氮dan化hua硼peng片pian材cai中zhong自zi然ran形xing成cheng褶zhe皺zhou，事shi實shi上shang，這zhe也ye可ke能neng是shi有you利li的de
，因yin為wei這zhe些xie皺zhou紋wen可ke以yi提ti供gong韌ren性xing，如ru果guo材cai料liao處chu於yu負fu載zai或huo衝chong擊ji下xia
，那na麼me這zhe種zhong彎wan曲qu的de形xing狀zhuang可ke以yi很hen容rong易yi地di解jie開kai而er不bu會hui斷duan裂lie
，這zhe可ke能neng會hui增zeng加jia材cai料liao的de安an全quan性xing
，這zhe是shi氫qing氣qi存cun儲chu設she備bei。

國家科學基金會支持這項研究。超級計算資源由美國國立衛生研究院提供，並與思科
，Qlogic和Adaptive Computing合作提供IBM共享大學研究獎，以及Rice研究計算中心管理的由國家科學基金會支持的DAVinCI超級計算機

，並與賴斯肯尼迪信息技術研究所。

可從以下網址獲取該論文的副本：https：//doi.org/10.1002/smll.201702863