(PhysOrg.com) - En nanoskala vinrankor med vätgasdruvor kan en dag ge din bils favorit årgång av bränsle.

Forskare från Rice University har fastställt att ett galler av kalciumdekorerad karbyne har potential att lagra väte på nivåer som lätt överstiger målen för energidepartementet (DOE) för att användas som ett "grönt" alternativt bränsle för fordon.

Ökningen av nanoskala strategier för energilagring har varit dramatisk de senaste åren, vilket framgår av laboratorier världen över som föreslår olika sätt att använda nanorör och band som medium. Men de kanske inte tänker tillräckligt små, enligt ny forskning från labbet av teoretiska fysikern Boris Yakobson som publicerades förra veckan i onlinetidsskriften Nano bokstäver . Yakobson är Rices Karl F. Hasselmann -ordförande i teknik och professor i materialvetenskap och maskinteknik och kemi.

Carbyne är en kedja av kolatomer; det är vad du skulle få om du kunde dra ett snöre från en bit grafen på samma sätt som du skulle dra en lös tråd från en tröja. "En kolatom med en atom är så tunn som den någonsin kan bli, långt tunnare än en kolnanorör, "Sa Yakobson.

Carbyne anses vara ett exotiskt material, men de senaste experimenten visar att den kan syntetiseras och stabiliseras vid rumstemperatur, där lagringen huvudsakligen är av intresse. Det är viktigt, Yakobson sa, eftersom andra nanoskala material som kolnanorör, grafen och till och med buckyballs är effektiva för lagring av väte endast vid för kalla förhållanden.

Det är kalciumet som fungerar som bete och gör det möjligt att lagra rumstemperatur för carbyne. Formad till ett galler, carbyne ensam skulle teoretiskt kunna lagra cirka 50 procent av sin vikt i väte, långt över kapacitetsmålet på 6,5 procent av DOE för 2015. Men den svaga bindningen kan fungera endast vid mycket låga temperaturer, Sa Yakobson.

Inte så med tillsatt kalcium. Det tillåter gitteret att adsorbera väte med en bindande energi som är gynnsam för effektiv rumstemperatur, vändbar förvaring. Eftersom kalciumatomer inte samlas, de kan fördelas längs karbinsträngarna som druvor på en vinstock och binda upp till sex väteatomer vardera; detta skulle ge nätverket en potentiell lagringskapacitet på cirka 8 procent av dess vikt.

Eftersom en ställning av enkelatomskedjor skulle vara lätt och luftig, det skulle finnas mer utrymme för vätet att aggregera.

Yakobson och hans kollegor föreslog flera skalbara strategier för praktisk vätlagring. I en som liknar de så kallade metallorganiska ramarna som nyligen studerades av Yakobsons laboratorium, ett diamantliknande gitter skulle tillåta att fem väteatomer adsorberas vid varje kalciumatom; antalet kolatomer i varje sträng skulle bestämma den totala kapaciteten.

I den andra, de föreslog att man skulle dra kalciumdekorerade atomer av grafen, som skulle fungera som en ram för matrisen.

Yakobson sa att det är svårt att uppskatta när någon av dessa eller någon annan insikt kan hända. "Men jag är optimistisk. Från detta teoretiska koncept, och baserat på experimentella bevis på karbinsyntes och erfarenhet av metalliska organiska ramarkitekturer, det kan ta två till tre år att producera karbynät och, säga, ett till två år för att justera kalciumanrikningen för att erhålla ett material med god kapacitet för väte, sa han. Så om tre till fem år, man kan ha ett industriprov och sedan flytta till skala upp - det vill säga med intensivt arbete och lite tur. "