Lagdelte grafenplader kunne løse brintlagringsproblemer

Grafen - kulstof dannet til plader med et enkelt atom tykt - ser nu ud til at være et lovende grundmateriale til opsamling af brint, ifølge nyere forskning* ved National Institute of Standards and Technology og University of Pennsylvania. Resultaterne tyder på, at stakke af grafenlag potentielt kan lagre brint sikkert til brug i brændselsceller og andre applikationer.

Graphene er blevet noget af et berømthedsmateriale i de seneste år på grund af dets ledende, termiske og optiske egenskaber, hvilket kunne gøre det nyttigt i en række sensorer og halvlederanordninger. Materialet lagrer ikke brint godt i sin oprindelige form, ifølge et team af forskere, der studerer det på NIST Center for Neutron Research. Men hvis oxiderede grafenplader er stablet oven på hinanden som dækkene på en parkeringsplads på flere niveauer, forbundet med molekyler, der både forbinder lagene med hinanden og opretholder rummet mellem dem, den resulterende grafen-oxid-ramme (GOF) kan akkumulere hydrogen i større mængder.

Inspireret til at skabe GOF'er af de metal-organiske rammer, der også undersøges for brintlagring, teamet er lige begyndt at afdække de nye strukturs egenskaber. "Ingen andre har nogensinde lavet GOF'er, så vidt vi ved, "siger NIST -teoretikeren Taner Yildirim." Hvad vi har fundet indtil nu, selvom, angiver, at GOF'er kan indeholde mindst hundrede gange flere brintmolekyler, end almindeligt grafenoxid gør. Den lette syntese, lave omkostninger og ikke-toksicitet af grafen gør dette materiale til en lovende kandidat til applikationer til gaslagring. "

GOF'erne kan beholde 1 procent af deres vægt i brint ved en temperatur på 77 grader Kelvin og almindeligt atmosfærisk tryk-nogenlunde sammenligneligt med de 1,2 procent, som nogle velstuderede metal-organiske rammer kan indeholde, Siger Yildirim.

En anden af ​​holdets potentielt nyttige opdagelser er det usædvanlige forhold, GOF'er udviser mellem temperatur og brintabsorption. I de fleste opbevaringsmaterialer, jo lavere temperatur, jo mere brintoptagelse sker normalt. Imidlertid, teamet opdagede, at GOF'er opfører sig ganske anderledes. Selvom en GOF kan optage brint, det tager ikke betydelige mængder ved under 50 Kelvin (-223 grader Celsius). I øvrigt, det frigiver ikke noget hydrogen under denne "blokeringstemperatur" - foreslår, at med yderligere forskning, GOF'er kan bruges både til at lagre brint og til at frigive det, når det er nødvendigt, et grundlæggende krav i brændselscelle applikationer.

Nogle af GOF'ernes muligheder skyldes selve forbindelsesmolekylerne. De molekyler, teamet brugte, er alle benzen-boronsyrer, der i sig selv interagerer stærkt med brint. Men ved at holde flere ångstrømme mellem grafenlagene - svarende til den måde, søjler holder et loft på - øger de også det tilgængelige overfladeareal for hvert lag, giver det flere pletter for brintet til at låse fast.

Ifølge holdet, GOF'er vil sandsynligvis klare sig endnu bedre, når teamet udforsker deres parametre mere detaljeret. "Vi vil forsøge at optimere GOF'ernes ydeevne og også undersøge andre forbindelsesmolekyler, "siger Jacob Burress, også af NIST. "Vi vil undersøge den usædvanlige temperaturafhængighed af absorptionskinetik, samt om de kan være nyttige til opsamling af drivhusgasser som kuldioxid og toksiner som ammoniak. "