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中科院研究成功新型儲氫材料
2008-8-31 18:12:00
近日，中科院物理所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室博士生楊身園與導師王恩哥及美國橡樹嶺國家實驗室的張振宇等人合作，發(fā)現(xiàn)了一種可能的新儲氫材料：C60+Ca。有關(guān)成果發(fā)表在《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett. 100, 206806 (2008)）上，并立即被Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology轉(zhuǎn)載。
在過去十年間，碳基納米材料是一種備受關(guān)注的潛在儲氫材料。但是，氫分子在碳材料表面的物理吸附太弱，不滿足常溫常壓的實際應(yīng)用要求。為了提高氫分子在碳材料表面的吸附能，人們提出了多種方法修飾碳材料。例如，在表面覆蓋3d過渡金屬或堿金屬，替代摻雜輕元素，帶電等。但每種方法都存在著弊端或不足。物理所博士生楊身園與導師王恩哥及美國橡樹嶺國家實驗室的張振宇等人，利用第一性原理計算研究了輕堿土金屬覆蓋的富勒烯的儲氫性質(zhì)。他們首先發(fā)現(xiàn)鈣和鍶在C60上吸附很強，可以均勻地覆蓋在C60表面上，形成M32C60。它們之間的相互作用機制與金屬未占據(jù)的d軌道有關(guān)。鈹和鎂沒有可利用的d軌道，因此與C60的相互作用很弱。其次，鈣、鍶與C60間的電荷轉(zhuǎn)移在表面附近產(chǎn)生一個強電場，能夠極化氫分子，使得氫分子的吸附能分別達到0.4和0.2 eV/H2，非常適于實際應(yīng)用。第三，在Ca32C60上可吸附至少92個氫分子，由于鈣質(zhì)量較輕，最后的儲氫質(zhì)量百分比達到8.04 wt%。綜合以上三個因素，他們認為鈣優(yōu)于以前研究的所有覆蓋在C60表面上的金屬。
該成果得到了國家自然科學基金委“創(chuàng)新研究群體”基金及中國科學院的資助。
在過去十年間，碳基納米材料是一種備受關(guān)注的潛在儲氫材料。但是，氫分子在碳材料表面的物理吸附太弱，不滿足常溫常壓的實際應(yīng)用要求。為了提高氫分子在碳材料表面的吸附能，人們提出了多種方法修飾碳材料。例如，在表面覆蓋3d過渡金屬或堿金屬，替代摻雜輕元素，帶電等。但每種方法都存在著弊端或不足。物理所博士生楊身園與導師王恩哥及美國橡樹嶺國家實驗室的張振宇等人，利用第一性原理計算研究了輕堿土金屬覆蓋的富勒烯的儲氫性質(zhì)。他們首先發(fā)現(xiàn)鈣和鍶在C60上吸附很強，可以均勻地覆蓋在C60表面上，形成M32C60。它們之間的相互作用機制與金屬未占據(jù)的d軌道有關(guān)。鈹和鎂沒有可利用的d軌道，因此與C60的相互作用很弱。其次，鈣、鍶與C60間的電荷轉(zhuǎn)移在表面附近產(chǎn)生一個強電場，能夠極化氫分子，使得氫分子的吸附能分別達到0.4和0.2 eV/H2，非常適于實際應(yīng)用。第三，在Ca32C60上可吸附至少92個氫分子，由于鈣質(zhì)量較輕，最后的儲氫質(zhì)量百分比達到8.04 wt%。綜合以上三個因素，他們認為鈣優(yōu)于以前研究的所有覆蓋在C60表面上的金屬。
該成果得到了國家自然科學基金委“創(chuàng)新研究群體”基金及中國科學院的資助。
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