伯克利实验室科学家在高容量纳米储氢材料上取得重大突破

自从20世纪70年代以来，氢能一直被称为化石燃料的最有前途的替代品，因为它不像基于碳氢的燃料那样会排出温室气体和有害污染物，氢燃烧唯一的燃烧产物是水。与汽油相比，氢重量轻，有着更高的能量密度，并且容易利用。但我们还至今没能生活在一个氢经济时代，有一个重要原因便是：要取代汽油作为燃料，氢气必须能够安全高密度储存，还要容易使用。由于储氢材料无法跨越这些障碍，储氢技术已经远远落后与其他清洁能源。

今年来，科研工作者试图采用固体储氢的方式,即提高其储氢体积密度的同时降低其反应活性——这对于保证挥发性气体的稳定是必须的。然而，大多数固体只能吸附很少量的氢气，并且需要在极端的加热或者冷却条件进行，这样一来就增加了总的能量效率。

日前，美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室的科学家发明了一种新型储氢合成材料，它是由镁金属纳米颗粒嵌入聚甲基丙烯酸甲酯（一种与有机玻璃有关的聚合物）基质中得到的。这种柔软的纳米合成材料可以在常温下迅速吸收和释放氢气而不会在循环后氧化金属——这是储氢材料的一个重大突破。

位于伯克利实验室的纳米科学中心的Molecular Foundry无机纳米结构研究所副主任，Jeff urban认为，这一成果表明了我们有能力研究出纳米级合成材料去克服基本的热力学和动力性方面的障碍，实现以往难以想象的材料合成，他还指出，他们能够在新材料中有效综合聚合物和纳米颗粒的独特性能，这对其它能源领域的相关问题也有一定的应用性。

Urban与另外的合作者Ki-Joon Jeon 和 Christian Kisielowski使用国家电子显微镜中心（NCEM）的TEAM0.5显微镜观察分散在聚合物中的单个的镁纳米晶体。借助当今世界最先进的电子显微镜的高分辨率成像能力，研究人员还能追踪缺陷——在有序排列的晶体骨架中的原子缺位——从而对这种新型储氢材料中氢气的填充情况有更加深刻的认识。

Kisielowski说道：“我们使用TEAM0.5显微镜通过与时间有关的光谱学研究，在该材料中发现了氢的存在。这一个研究表明通过TEAM显微镜，氢柱的直接显像是可以实现的。

Jeon称伯克利实验室的独特性质鼓励了跨部门间自由合作。为研究纳米复合材料中氢能的吸收和释放，他们团队特别向伯克利实验室能源环境技术部门（EETD）寻求帮助，EETD正是致力于环保的能源制造和储存技术研究，包括储氢技术。

Urban还补充道，“我们这些伟大的科学研究是在伯克利实验室这种很强的合作氛围中进行的，我们的成果归功于将NCEM尖端的显微镜技术，EETD的工具和专家以及MSD的材料技术的结合。

注：

本研究在一篇名为Air-stable magnesium nanocomposites provide rapid and high-capacity hydrogen storage without heavy metal catalysts的论文中有报道，该论文在Nature Materials online上。

本研究得到DOE科学办公室的支持。

Molecular Foundry是DOE五个纳米科学研究中心（NSRC）之一。NSRC拥有一系列的互补设施，能以最高水准为研究人员制造，加工纳米材料，提供材料的特性，是国家纳米科技计划最大的一笔基础设施投资。 劳伦斯伯克利国家实验室是由加州大学管理的美国能源部国家实验室。伯克利实验室为当今世界最紧迫的科学挑战包括可持续能源，气候变化，人类健康和对宇宙物质和力的认识等提供解决方案。该实验室是通过团队科学，高级计算技术和创新技术改善人类生活的先锋。