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中科大研究成果有望常溫常壓下存儲氫氣

氫分子直徑非常小,需要在高壓或存在水合物促進劑時才能生成穩定的水合物。氫氣在常溫常壓下存儲難題一直是世界各國科學家攻關的重要課題。中國科大趙文輝博士等在合作導師的指導下,基于前期關于低維冰以及氣體水合物的研究工作,提出將氫氣分子放入一維碳納米管中的新思路,理論預測了常溫常壓下低維氫氣水合物的形成。

  近日,中國科學技術大學化學與材料科學學院曾曉成教授研究組,與美國科學院院士、美國藝術及科學院院士、前美國化學學會會長、普渡大學Joseph S. Francisco講座教授合作,通過理論研究發現常溫下氫氣分子可以在碳納米管內形成低維氫氣水合物,使得利用碳納米管清潔、安全地儲存氫氣成為可能。

  氣體水合物是水與小分子氣體形成的非化學計量性籠狀晶體物質,又稱籠型水合物。水合物晶體是一個高效的分子水平的氣體儲存器,每立方米水合物可以儲存160-180立方米天然氣。常見的氣體水合物為甲烷水合物(俗稱可燃冰),是一種重要的后續能源。

  由于氫分子直徑非常小,需要在高壓或存在水合物促進劑時才能生成穩定的水合物。趙文輝博士等在合作導師的指導下,基于前期關于低維冰以及氣體水合物的研究工作,提出將氫氣分子放入一維碳納米管中的新思路,理論預測了常溫常壓下低維氫氣水合物的形成。研究發現,與體相水合物中氣體分子被水分子籠穴包絡不同,一維氫氣水合物中氫氣分子形成準一維分子鏈包絡在一維冰納米管內。特別是在八邊形冰納米管內,氫氣分子鏈可以像液體一樣自由地沿軸向流動。

  這項研究工作有望對潔凈安全的儲存氫氣產生重要影響。該項工作的共同第一作者是化學與材料科學學院博士后趙文輝、特任副研究員王路以及美國內布拉斯加大學林肯分校研究助理教授Jaeil Bai。上述研究得到了中國科學院、國家自然科學基金委、教育部以及國家千人計劃等項目的資助。

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