(PhysOrg.com) -- Una vite su scala nanometrica con uva a idrogeno potrebbe un giorno fornire l'annata preferita di carburante della tua auto.
I ricercatori della Rice University hanno determinato che un reticolo di carbyne decorato con calcio ha il potenziale per immagazzinare idrogeno a livelli che superano facilmente gli obiettivi del Dipartimento dell'Energia (DOE) per l'uso come carburante alternativo "verde" per i veicoli.
L'aumento delle strategie su scala nanometrica per lo stoccaggio dell'energia è stato drammatico negli ultimi anni, come evidenziato dai laboratori di tutto il mondo che suggeriscono vari modi per utilizzare nanotubi e nastri come mezzo. Ma potrebbero non pensare abbastanza in piccolo, secondo una nuova ricerca del laboratorio del fisico teorico Boris Yakobson pubblicata la scorsa settimana sulla rivista online Nano lettere . Yakobson è la cattedra Karl F. Hasselmann di Rice in Ingegneria e professore di scienza dei materiali, ingegneria meccanica e chimica.
Carbyne è una catena di atomi di carbonio; è quello che otterresti se potessi tirare una corda da una fetta di grafene nello stesso modo in cui tireresti un filo sciolto da un maglione. "Una barra di carbonio di un atomo è quanto di più sottile possa mai essere, molto più sottile di un nanotubo di carbonio, "Ha detto Yakobson.
Il carbyne è considerato un materiale esotico, ma recenti esperimenti mostrano che può essere sintetizzato e stabilizzato a temperatura ambiente, dove lo stoccaggio è principalmente di interesse. È importante, Yakobson ha detto, perché altri materiali su scala nanometrica come i nanotubi di carbonio, il grafene e persino i buckyball sono efficaci per lo stoccaggio dell'idrogeno solo in condizioni troppo fredde.
È il calcio che funge da esca e rende possibile la conservazione a temperatura ambiente del carbyne. Formata in un reticolo, il solo carbyne potrebbe teoricamente immagazzinare circa il 50 percento del suo peso in idrogeno, molto al di sopra dell'obiettivo di capacità del 6,5% fissato dal DOE per il 2015. Ma il legame debole potrebbe funzionare solo a temperature molto basse, ha detto Yakobson.
Non così con il calcio aggiunto. Consente al reticolo di assorbire l'idrogeno con un'energia di legame favorevole per un'efficace temperatura ambiente, stoccaggio reversibile. Poiché gli atomi di calcio non si raggruppano, possono essere distribuiti lungo i filamenti di carbyne come l'uva su una liana e legano ciascuno fino a sei atomi di idrogeno; ciò darebbe alla rete una capacità di stoccaggio potenziale di circa l'8% del suo peso.
Perché un'impalcatura di catene di un singolo atomo sarebbe leggera e ariosa, ci sarebbe più spazio per l'aggregazione dell'idrogeno.
Yakobson ei suoi colleghi hanno suggerito diverse strategie scalabili per lo stoccaggio pratico dell'idrogeno. In uno che ricorda i cosiddetti telai organici metallici recentemente studiati dal laboratorio di Yakobson, un reticolo a forma di diamante consentirebbe l'adsorbimento di cinque atomi di idrogeno in corrispondenza di ciascun atomo di calcio; il numero di atomi di carbonio in ogni filamento determinerebbe la capacità totale.
Nell'altro, hanno suggerito di estrarre filamenti di atomi decorati con calcio dal grafene, che servirebbe da cornice per l'array.
Yakobson ha detto che è difficile stimare quando uno di questi o qualche altra realizzazione potrebbe accadere. "Ma io sono ottimista. Da questo concetto teorico, e sulla base di prove sperimentali di sintesi di carbyne ed esperienza con architetture metalliche organiche, possono essere necessari dai due ai tre anni per produrre reti di carbyne e, dire, uno o due anni per modificare l'arricchimento di calcio per ottenere un materiale con una buona capacità di idrogeno, " ha detto. "Quindi in tre o cinque anni, si può avere un campione industriale e poi passare alla scalabilità - cioè, con un lavoro intenso e un po' di fortuna."
