Strati di grafene separati da pilastri di nanotubi di nitruro di boro possono essere un materiale adatto per immagazzinare carburante a idrogeno nelle automobili, secondo gli scienziati della Rice University.

Il Dipartimento dell'Energia ha fissato parametri di riferimento per i materiali di stoccaggio che renderebbero l'idrogeno un carburante pratico per i veicoli leggeri. Il laboratorio Rice dello scienziato dei materiali Rouzbeh Shahsavari ha determinato in un nuovo studio computazionale che il nitruro di boro pillared e il grafene potrebbero essere un candidato.

Lo studio di Shahsavari e Farzaneh Shayeganfar appare sulla rivista dell'American Chemical Society Langmuir .

Il laboratorio di Shahsavari aveva già determinato attraverso modelli al computer quanto sarebbero state resistenti e resistenti le strutture di grafene a pilastri, e in seguito ha lavorato con nanotubi di nitruro di boro nel mix per modellare un'architettura tridimensionale unica. (Sono stati realizzati campioni di nanotubi di nitruro di boro legati senza soluzione di continuità al grafene.)

Proprio come i pilastri di un edificio creano spazio tra i piani per le persone, pilastri in nitruro di boro grafene fanno spazio agli atomi di idrogeno. La sfida è farli entrare e restare in numero sufficiente e uscire su richiesta.

Nelle loro ultime simulazioni di dinamica molecolare, i ricercatori hanno scoperto che il grafene pillared o il grafene pillared boro nitruro offrivano un'area superficiale abbondante (circa 2, 547 metri quadrati per grammo) con buone proprietà di riciclabilità in condizioni ambientali. I loro modelli hanno mostrato che l'aggiunta di ossigeno o litio ai materiali li renderebbe ancora più bravi a legare l'idrogeno.

Hanno concentrato le simulazioni su quattro varianti:strutture a pilastri di nitruro di boro o nitruro di boro a pilastri grafene drogato con ossigeno o litio. A temperatura ambiente e a pressione ambiente, Il grafene di nitruro di boro drogato con ossigeno si è rivelato il migliore, contenere l'11,6% del suo peso in idrogeno (la sua capacità gravimetrica) e circa 60 grammi per litro (la sua capacità volumetrica); batte facilmente tecnologie concorrenti come il nitruro di boro poroso, strutture in ossido metallico e nanotubi di carbonio.

A una fredda temperatura di -321 gradi Fahrenheit, il materiale conteneva il 14,77% del suo peso in idrogeno.

L'obiettivo attuale del Dipartimento dell'Energia per i supporti di memorizzazione economici è la capacità di immagazzinare più del 5,5% del suo peso e 40 grammi per litro in idrogeno in condizioni moderate. Gli obiettivi finali sono il 7,5% in peso e 70 grammi per litro.

Shahsavari ha detto che gli atomi di idrogeno sono stati assorbiti dal grafene di nitruro di boro non drogato, grazie alle deboli forze di van der Waals. Quando il materiale è stato drogato con ossigeno, gli atomi si sono legati fortemente con l'ibrido e hanno creato una superficie migliore per l'idrogeno in ingresso, che secondo Shahsavari sarebbe stato probabilmente consegnato sotto pressione e sarebbe uscito quando la pressione sarebbe stata rilasciata.

"L'aggiunta di ossigeno al substrato ci dà un buon legame a causa della natura delle cariche e delle loro interazioni, " ha detto. "Ossigeno e idrogeno sono noti per avere una buona affinità chimica."

Ha detto che la natura polarizzata del nitruro di boro dove si lega con il grafene e la mobilità degli elettroni del grafene stesso rendono il materiale altamente sintonizzabile per le applicazioni.

"Quello che stiamo cercando è il punto debole, "Shahsavari ha detto, descrivendo le condizioni ideali come equilibrio tra superficie e peso del materiale, così come le temperature e le pressioni di esercizio. "Questo è pratico solo attraverso la modellazione computazionale, perché possiamo testare molte varianti molto rapidamente. Gli sperimentatori impiegherebbero mesi per fare ciò che a noi richiede solo giorni".

Ha detto che le strutture dovrebbero essere abbastanza robuste da superare facilmente il requisito del Dipartimento dell'Energia che un serbatoio di idrogeno sia in grado di resistere a 1, 500 cicli di carica-scarica.