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來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）、桑迪亞國家實驗室、印度理工學(xué)院甘地納格爾和勞倫斯伯克利國家實驗室的科學(xué)家共同合作，創(chuàng)造了一種金屬氫化物的3-4納米超薄片，提高了儲氫能力。這項研究發(fā)表在《Small》雜志上。

我們需要可持續(xù)能源儲存技術(shù)，以解決可再生能源的間歇性問題。氫基技術(shù)有望成為減少溫室氣體排放的長期解決方案。氫是所有燃料中能量密度最高的，被認(rèn)為是地面運輸、飛機和船舶的可行解決方案。

然而，碳?xì)浠衔锶剂显丛隗w積能量密度方面優(yōu)于壓縮氫氣，這推動了可替代的、更高密度的基于材料的儲氫技術(shù)的發(fā)展。

復(fù)雜金屬氫化物是一類儲氫材料，雖然具有很高的絕對存儲容量，但可能需要極高的壓力和溫度才能實現(xiàn)這一容量。

該團隊通過納米尺度解決了這一挑戰(zhàn)，納米尺度增加了與氫反應(yīng)的表面積，并減少了所需的氫化深度。之前的研究已經(jīng)分析了納米級的二硼化鎂（MgB2），包括LLNL的工作，然而，該研究中的材料并沒有那么薄，并且聚集在一起。

在最近的合作中創(chuàng)造的材料來自于氧化鋯的無溶劑機械剝離，產(chǎn)生的材料只有11-12個原子層厚，可以氫化至材料體積的50倍左右。

這50倍的氫化反應(yīng)恰好對應(yīng)于表面體積比增加了50倍，這表明大塊和納米片材料都大約在前兩層氫化，這是一種與顆粒尺寸無關(guān)的普遍行為。對于11-12層納米材料兩側(cè)的兩層，這代表了MgB2最大氫容量的三分之一。

MgB2由鎂層和硼層交替組成，其中鎂層向硼層的電荷轉(zhuǎn)移驅(qū)動了硼層的穩(wěn)定性。

LLNL的計算表明，材料表面上的不完全鎂覆蓋在能量上有利于具有完全鎂覆蓋島和其他不太穩(wěn)定無序表面硼層區(qū)域的表面結(jié)構(gòu)。根據(jù)之前關(guān)于表面硼層無序化的研究，計算顯示了鎂在MgB2上的覆蓋率是如何隨著其氫化而演變的。

LLNL物理學(xué)家兼作家基思·雷說：

“這些結(jié)果表明，由于鎂的覆蓋率增加，具有暴露硼的反應(yīng)性MgB2表面在氫化時會變得更穩(wěn)定。”

“通過這種機制，氫化反應(yīng)在中等氫化條件下減慢并停止。”

他補充說：“進一步的納米化或新的化學(xué)改性來延遲或破壞表面鎂的增加，可能會進一步提高MgB2作為儲氫材料的性能。”

LLNL的其他作者包括Maxwell Marple、Sichi Li和Brandon Wood。

這項工作由美國能源部的氫儲存材料先進研究聯(lián)盟（HyMARC）、能源效率和可再生能源辦公室、氫和燃料電池技術(shù)辦公室資助。 

原標(biāo)題：11個原子厚度的材料可以更好地儲存氫氣