最近莱斯大学的一项研究发现，“由氮化硼纳米管柱分隔的石墨烯”（graphene by nanometers Columns of Nikron Nikki）是一种极好的储氢材料。这一发现可能是氢能的新来源。能源汽车带来突破。

该研究的主要作者是莱斯实验室的材料科学家Rouzbeh Shahsavari和Farzaneh Shayeganfar，相关论文发表在美国化学会杂志“Langmuir”上。

氧掺杂柱撑氮化硼-石墨烯、硼原子示意图（粉红色）和氮原子（蓝色）形成一个“柱子”，在两个石墨烯层之间为氢原子（白色）“支撑”空间，氧原子（红色）掺入其中。他们的研究是通过计算机模拟实现的。第一步是制作氮化硼-石墨烯结构：首先模拟出坚韧且有弹性的柱撑石墨烯结构，然后将氮化硼纳米管与石墨烯无缝结合形成。独特的三维结构。

柱撑氮化硼-石墨烯储氢原理并不复杂。我们都知道在建筑物中使用柱子承重可以创造更多的空间。基于同样的原理，氮化硼-石墨烯中的“柱子”也可以为氢原子腾出空间，但难点在于如何进一步增加放入并在需要时释放的氢原子数量。本研究的重点。

根据Shasavari实验室最新的分子动力学模拟，在材料中加入氧或锂将进一步增强其结合氢的能力。

他们的计算研究集中在四种变体上：掺杂氧和锂的柱撑氮化硼，以及柱撑氮化硼-石墨烯结构。

结果表明，在常温常压下，掺氧氮化硼-石墨烯的储氢能力最好，可携带11.6%重量的氢，此时约60克/ ，它击败了许多竞争对手，包括多孔氮化硼、MO 框架和碳纳米管。

此外，在-321华氏度的低温下，掺氧氮化硼-石墨烯的储氢重量可以进一步提高到14.77%。

那么储氢量是多少？作为对比，可以看看美国能源部目前为经济型储氢介质设定的目标——在正常条件下达到储氢重量的5.5%和40g/l的储氢量，甚至最终目标也只是7.5% 存储。重量和储存容量为 70 克/升。

“氧和氢具有良好的化学亲和力，因此将氧掺杂到衬底中可以使材料更好地结合氢”，Shasavali 解释了掺杂提高储氢能力的原因。此外，氮化硼与石墨烯结合的极化特性以及石墨烯本身的高电子迁移率也使得该材料在实际应用中具有高度可调性。 “我们目前正在努力寻找最佳配置，”Shasavari 说。最好的配置应该是材料的表面积与其重量、温度和压力之间的平衡。 “计算建模是目前唯一实用的研究方法，因为很多变量实验可以在电脑上快速测试，而实际做起来往往需要几个月的时间。”

目前可以看出，这种材料可以轻松满足能源部关于氢燃料箱可承受1500次充放电循环的要求，研究人员认为它足够坚固实用。

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文章来源：《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0624/1416.html