Il grafene - carbonio formato in fogli dello spessore di un singolo atomo - ora sembra essere un promettente materiale di base per catturare l'idrogeno, secondo una recente ricerca* presso il National Institute of Standards and Technology e l'Università della Pennsylvania. I risultati suggeriscono che pile di strati di grafene potrebbero potenzialmente immagazzinare idrogeno in modo sicuro per l'uso in celle a combustibile e altre applicazioni.

Il grafene è diventato una specie di materiale per le celebrità negli ultimi anni grazie al suo conduttore, proprietà termiche e ottiche, che potrebbe renderlo utile in una gamma di sensori e dispositivi a semiconduttore. Il materiale non immagazzina bene l'idrogeno nella sua forma originale, secondo un team di scienziati che lo studiano presso il Centro NIST per la ricerca sui neutroni. Ma se i fogli di grafene ossidato vengono impilati uno sopra l'altro come i ponti di un parcheggio multipiano, collegati da molecole che legano gli strati tra loro e mantengono lo spazio tra di loro, la struttura dell'ossido di grafene (GOF) risultante può accumulare idrogeno in quantità maggiori.

Ispirato a creare GOF dalle strutture metallo-organiche che sono anche sotto esame per lo stoccaggio dell'idrogeno, il team sta appena iniziando a scoprire le proprietà delle nuove strutture. "Nessun altro ha mai creato GOF, al meglio delle nostre conoscenze, " dice il teorico del NIST Taner Yildirim. "Ciò che abbiamo trovato finora, anche se, indica che i GOF possono contenere almeno cento volte più molecole di idrogeno rispetto al normale ossido di grafene. La facile sintesi, il basso costo e la non tossicità del grafene rendono questo materiale un candidato promettente per le applicazioni di stoccaggio del gas".

I GOF possono trattenere l'1 percento del loro peso in idrogeno a una temperatura di 77 gradi Kelvin e alla normale pressione atmosferica, approssimativamente paragonabile all'1,2 percento che possono contenere alcune strutture metallo-organiche ben studiate, Yildirim dice.

Un'altra delle scoperte potenzialmente utili del team è l'insolita relazione che i GOF mostrano tra la temperatura e l'assorbimento dell'idrogeno. Nella maggior parte dei materiali di stoccaggio, più bassa è la temperatura, maggiore è l'assorbimento di idrogeno normalmente. Però, il team ha scoperto che i GOF si comportano in modo molto diverso. Sebbene un GOF possa assorbire idrogeno, non assume quantità significative al di sotto di 50 Kelvin (-223 gradi Celsius). Inoltre, non rilascia idrogeno al di sotto di questa "temperatura di blocco", suggerendo che, con ulteriori ricerche, I GOF possono essere utilizzati sia per immagazzinare idrogeno che per rilasciarlo quando è necessario, un requisito fondamentale nelle applicazioni delle celle a combustibile.

Alcune delle capacità dei GOF sono dovute alle molecole di collegamento stesse. Le molecole utilizzate dal team sono tutte acidi benzene-boronico che interagiscono fortemente con l'idrogeno di per sé. Ma mantenendo diversi angstrom di spazio tra gli strati di grafene, in modo simile al modo in cui i pilastri reggono un soffitto, aumentano anche la superficie disponibile di ogni strato, dandogli più punti per l'aggancio dell'idrogeno.

Secondo la squadra, I GOF probabilmente funzioneranno ancora meglio una volta che il team esplorerà i loro parametri in modo più dettagliato. "Cercheremo di ottimizzare le prestazioni dei GOF ed esplorare anche altre molecole di collegamento, "dice Jacob Burress, anche del NIST. "Vogliamo esplorare l'insolita dipendenza dalla temperatura della cinetica di assorbimento, nonché se potrebbero essere utili per catturare gas serra come l'anidride carbonica e le tossine come l'ammoniaca".