石墨烯包裹纳米晶体进入下一代FC

据外国媒体报道：美国能源部劳伦斯伯克利实验室的模拟和分析为提高材料的储氢能力提供了新的原子级线索。实验室开发的包裹在单层碳原子中的金属纳米晶体粉状混合物在客车和其他用途的燃料电池汽车上表现出安全储氢的巨大潜力。现在，一项新的研究提供了晶体超薄涂层的原子细节表征，揭示了材料如何用作选择性屏蔽，同时提高储氢能力的机理。

这个由伯克利实验室研究人员领导的试验，借鉴了一系列实验室的专业知识和能力，最终合成了镁合金涂层，其尺寸仅为3-4纳米（十亿分之一米），实验X射线研究其纳米级化学成分，并开发计算机模拟和支持理论，更好地了解晶体及其碳涂层的功能。

该实验的研究结果可以帮助研究人员了解类似的涂层如何提高性能和稳定性，这些材料也显示出在氢存储应用的前景。该项目是氢材料高级研究联盟（HyMARC）的一部分，改计划由美国能源部燃料电池技术办公室在能源厅成立，专门用来提高可再生能源效率。

类似于著名的石墨烯（延伸的碳，只有一个原子厚，以蜂窝图案排列），新材料氧化还原石墨烯（或rGO）具有允许氢气通过的纳米级空穴，同时保持较大的分子。使用这种碳进行包敷旨在防止作为储氢材料的镁与环境气体（含氧气，水蒸气和二氧化碳）反应。这种反应会生成较厚的氧化层，从而阻止氢气进入镁表面。

但是最新的研究表明，在制备过程中，在晶体上形成了一个厚度达到原子级别的氧化层，更令人惊奇的是，这种氧化层似乎不会降低材料的性能。

伯克利实验室的博士后研究员Liwen Wan表示，大多数研究者认为，氧化层会阻碍储氢材料发挥作用，但是在实验中的这种情况却恰恰相反，没有这种氧化物层，还原的氧化石墨烯将与镁具有相当弱的相互作用，但是与氧化物层的碳-镁结合似乎更强。这一结合最终可以增强碳涂层所提供的保护，并且是还没什么缺点。

实验室分子构造理论设计总监、研究参与者David Prendergast表示，目前车用燃料电池需要使用笨重的氢气罐储氢，限制了汽车的驱动效率，纳米晶体提供了一种通过在其他材料中储存氢来代替氢气罐的可能性。研究还表明薄氧化物层不一定妨碍该材料吸收氢气的速率，这在需要快速加氢时很重要。