氫能——在基于氧化石墨烯的納米雜化物中儲(chǔ)存氫

印度坎普爾理工學(xué)院和斯利那加國(guó)家理工學(xué)院的研究人員合成并研究了鎳納米顆粒分散、硼摻雜的還原氧化石墨烯（Ni-B-rGO）樣品，用于儲(chǔ)氫。他們表示，在給定的溫度和壓力下，非鈀基系統(tǒng)的儲(chǔ)氫效果是迄今為止最好的。

這項(xiàng)研究表明，用鎳納米顆粒裝飾的摻硼還原氧化石墨烯（B-rGO）是一種很有前途的機(jī)載儲(chǔ)氫材料。

氫可以在高壓下以壓縮氣體的形式儲(chǔ)存，在低溫下以液態(tài)儲(chǔ)存，在材料中以固態(tài)儲(chǔ)存。傳統(tǒng)的方法是能量密集型的，并且在壓縮或液化氣體時(shí)損失了大量的能量。因此，從成本和安全角度來(lái)看，固態(tài)儲(chǔ)氫優(yōu)于傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫方法。在這里，通過(guò)與主體材料形成共價(jià)/離子或范德華鍵，氫可以作為原子或分子儲(chǔ)存。然而，重要的是找到一種能夠在中等操作條件下儲(chǔ)存氫氣的材料，同時(shí)具有良好的循環(huán)性和更快的動(dòng)力學(xué)。

基于氧化石墨烯（GO）的衍生物由于其高表面積、低密度和可調(diào)孔徑而被探索用于固態(tài)儲(chǔ)氫。然而，在運(yùn)輸應(yīng)用所需的環(huán)境條件下，它們的儲(chǔ)存能力很差。

研究人員試圖通過(guò)調(diào)用溢出機(jī)制，通過(guò)儲(chǔ)存分子和原子形式的氫，在中等溫度和中等壓力下實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的儲(chǔ)存能力，以用于運(yùn)輸應(yīng)用。另一個(gè)目標(biāo)是避免使用昂貴的金屬，如鈀和鉑。

研究人員試圖將原子和分子形式的氫儲(chǔ)存在分散在鎳納米顆粒中、摻雜硼的還原氧化石墨烯（Ni-B-rGO）樣品中。硼摻雜改善了高比表面積還原氧化石墨烯（rGO）的性能。添加高度分散的鎳催化劑納米顆粒不僅有助于通過(guò)調(diào)用溢出機(jī)制來(lái)提高存儲(chǔ)容量，而且還為解離的原子向材料內(nèi)部提供了更短的擴(kuò)散路徑。

研究人員通過(guò)冷凍干燥和水熱法合成了基于氧化石墨烯的雜化物，即硼摻雜的還原氧化石墨烯（B-rGO）和鎳納米顆粒分散的B-rGO（Ni-B-rGO）。

對(duì)樣品在三種溫度（77K、273K和298K）和20巴H2壓力下的儲(chǔ)氫能力進(jìn)行了表征。B-rGO樣品在298 K時(shí)顯示出約0.24 wt.%的儲(chǔ)存容量，在273 K時(shí)增加到約0.58 wt.%；并且在77K下進(jìn)一步增加到8.2wt%。Ni-B-rGO混合物在三個(gè)溫度（77K、273K和298K）下的儲(chǔ)存容量分別為6.9wt%、0.41wt%和0.16wt%。

研究人員表示，鎳（在Ni-B-rGO樣品中）的添加增加了溢出機(jī)制儲(chǔ)存的量；然而，由于Ni的額外重量，儲(chǔ)存的氫的重量百分比降低。在273K下觀察到的這種影響在298K下也持續(xù)存在，因此盡管儲(chǔ)存的氫量（如H2和H）較高，但重量百分比下降。Ni（對(duì)凈儲(chǔ)存量）的有益作用是由于其在將H2分解為2H方面的催化作用而產(chǎn)生的；這使得氫原子與rGO表面的結(jié)合更強(qiáng)。