這是一種納米尺度的葡萄藤，掛著氫原子葡萄串，有朝一日可為你的汽車提供優(yōu)異的葡萄酒氫燃料。來(lái)源：賴斯大學(xué)
賴斯大學(xué)（Rice University）的研究人員已經(jīng)確定，有一種晶格，就是鈣裝飾的線型碳（carbyne），它很有潛力，儲(chǔ)存氫的水平很容易超過(guò)美國(guó)能源部（DOE）的目標(biāo)，作為一種“綠色”替代燃料，用于汽車。
從發(fā)展上看，納米儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)加快，近年來(lái)，跡象很明顯，全世界實(shí)驗(yàn)室都提出各種途徑，使用碳納米管和納米帶作為媒介。但是，他們考慮的尺度可能不夠小，這是根據(jù)一項(xiàng)新的研究所說(shuō)，這項(xiàng)研究來(lái)自理論物理學(xué)家鮑里斯•雅克布孫（Boris Yakobson）的實(shí)驗(yàn)室，發(fā)表于上周的在線期刊《納米快報(bào)》（Nano Letters）。雅克布孫是賴斯大學(xué)卡爾•胡塞爾門工程主席（Karl F. Hasselmann Chair in Engineering），也是材料科學(xué)、機(jī)械工程和化學(xué)教授。
碳炔（Carbyne）是一串碳原子鏈；這就是你會(huì)得到的，你能從石墨烯切片上拉下一根線體，從方式上看，就像從毛衣上拉下一條松散的線。“一根單原子碳桿（one-atom rod of carbon）已經(jīng)是盡可能細(xì)了，比碳納米管更細(xì)，”雅克布孫說(shuō)。
線型碳被認(rèn)為是一種奇特材料，但最近的實(shí)驗(yàn)表明，它可以合成，而且穩(wěn)定，在室溫下，存儲(chǔ)基本上是有益的。這是很重要的，雅克布孫說(shuō)，因?yàn)槠渌{米尺度的材料，如碳納米管、石墨烯甚至巴基球（buckyballs），都可以有效地進(jìn)行氫的存儲(chǔ)，只是條件太冷。
正是鈣可以做為餌料，使室溫存儲(chǔ)可適用于線型碳。形成晶格后，線型碳單獨(dú)而言，理論上可存儲(chǔ)大約相當(dāng)于其重量50%的氫，遠(yuǎn)高于6.5%的容量目標(biāo)，這一目標(biāo)是美國(guó)能源部2015年設(shè)定的。但是，這種弱鍵合起作用，只能是在非常低的溫度下，雅克布孫說(shuō)。
加上鈣就不是這樣。它使晶格在吸收氫時(shí)，鍵能（binding energy）會(huì)有利于有效的室溫可逆儲(chǔ)存。由于鈣原子不成串，它們的分布就會(huì)沿著碳炔鏈進(jìn)行，就像葡萄結(jié)在藤蔓上，而且每個(gè)鈣原子會(huì)結(jié)合多達(dá)6個(gè)氫原子；這會(huì)賦予這一網(wǎng)絡(luò)一種潛在的存儲(chǔ)容量，大約相當(dāng)于8%的自身重量。
因?yàn)檫@種單原子鏈支架明亮通風(fēng)，就會(huì)有更多的空間讓氫聚集。
雅克布孫和他的同事提出一些可擴(kuò)展戰(zhàn)略，進(jìn)行實(shí)際的氫儲(chǔ)存。有一種類似所謂的金屬有機(jī)框架（metal organic frames），就是最近雅克布孫的實(shí)驗(yàn)室研究的，是一種金剛石狀的晶格，可以使5個(gè)氫原子吸附在一個(gè)鈣原子上；碳原子數(shù)在每個(gè)鏈上都會(huì)決定總體容量。
另一種策略是，他們建議，從石墨烯上拉下鈣裝飾的原子鏈，這可作為一種框架，形成陣列。
雅克布孫表示，很難估計(jì)什么時(shí)候這些或其他一些轉(zhuǎn)變會(huì)發(fā)生。“但是，我很樂(lè)觀。從這一理論概念看，根據(jù)線型碳合成的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，以及研究過(guò)的有機(jī)金屬框架結(jié)構(gòu)，可能需要兩至三年來(lái)形成線型碳網(wǎng)絡(luò)，并要說(shuō)，需要一到兩年來(lái)調(diào)整鈣富集（calcium enrichment），這樣獲得的材料就具有良好的性能，可吸附氫，”他說(shuō)。“因此，過(guò)三到五年，就可以有一個(gè)工業(yè)樣品，然后擴(kuò)大規(guī)模。也就是說(shuō)，這需要緊張的工作，也需要一些運(yùn)氣。”
