氫能——在基于氧化石墨烯的納米雜化物中儲存氫

印度坎普爾理工學院和斯利那加國家理工學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，用于儲氫。他們表示，在給定的溫度和壓力下，非鈀基系統的儲氫效果是迄今為止最好的。

這項研究表明，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載儲氫材料。

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

基于氧化石墨烯（GO）的衍生物由于其高表面積、低密度和可調孔徑而被探索用于固態儲氫。然而，在運輸應用所需的環境條件下，它們的儲存能力很差。

研究人員試圖通過調用溢出機制，通過儲存分子和原子形式的氫，在中等溫度和中等壓力下實現增強的儲存能力，以用于運輸應用。另一個目標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調用溢出機制來提高存儲容量，而且還為解離的原子向材料內部提供了更短的擴散路徑。

研究人員通過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）。

對樣品在三種溫度（77K、273K和298K）和20巴H2壓力下的儲氫能力進行了表征。B-rGO樣品在298 K時顯示出約0.24 wt.%的儲存容量，在273 K時增加到約0.58 wt.%；并且在77K下進一步增加到8.2wt%。Ni-B-rGO混合物在三個溫度（77K、273K和298K）下的儲存容量分別為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制儲存的量；然而，由于Ni的額外重量，儲存的氫的重量百分比降低。在273K下觀察到的這種影響在298K下也持續存在，因此盡管儲存的氫量（如H2和H）較高，但重量百分比下降。Ni（對凈儲存量）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生的；這使得氫原子與rGO表面的結合更強。