Lager av grafen åtskilda av nanorörpelare av bornitrid kan vara ett lämpligt material för att lagra vätgas i bilar, enligt forskare från Rice University.

Energidepartementet har satt riktmärken för lagringsmaterial som skulle göra väte till ett praktiskt bränsle för lätta fordon. Rislabbet för materialforskaren Rouzbeh Shahsavari fastställde i en ny beräkningstudie att pelarnormat nitrid och grafen kan vara en kandidat.

Studien av Shahsavari och Farzaneh Shayeganfar visas i American Chemical Society journal Langmuir .

Shahsavaris laboratorium hade redan med hjälp av datormodeller bestämt hur tuffa och motståndskraftiga grafenstrukturer i pelare skulle vara, och senare bearbetade bornitrid-nanorör i blandningen för att modellera en unik tredimensionell arkitektur. (Prover av boritridnanorör sömlöst bundna till grafen har gjorts.)

Precis som pelare i en byggnad ger utrymme mellan våningarna för människor, pelare i bornitridgrafen ger plats för väteatomer. Utmaningen är att få dem att komma in och stanna i tillräckligt många och lämna på begäran.

I deras senaste molekylära dynamiksimuleringar, forskarna fann att antingen pelaren grafen eller pelaren bor nitrid grafen skulle erbjuda riklig ytarea (cirka 2, 547 kvadratmeter per gram) med goda återvinningsbara egenskaper under omgivande förhållanden. Deras modeller visade att tillsats av syre eller litium till materialen skulle göra dem ännu bättre på att binda väte.

De fokuserade simuleringarna på fyra varianter:pelarstrukturer av bornitrid eller pelarnivonnitridgrafen dopad med antingen syre eller litium. Vid rumstemperatur och i omgivande tryck, syre-dopad bornitrid grafen visade sig vara bäst, innehar 11,6 procent av sin vikt i väte (dess gravimetriska kapacitet) och cirka 60 gram per liter (dess volymetriska kapacitet); det slår lätt konkurrerande teknik som porös bornitrid, metalloxidramar och kolnanorör.

Vid kyliga -321 grader Fahrenheit, materialet innehöll 14,77 procent av sin vikt i väte.

Energidepartementets nuvarande mål för ekonomiska lagringsmedier är möjligheten att lagra mer än 5,5 procent av sin vikt och 40 gram per liter i väte under måttliga förhållanden. Slutmålet är 7,5 viktprocent och 70 gram per liter.

Shahsavari sa att väteatomer adsorberades till det odöpta pelarbornitridgrafen, tack vare svaga van der Waals krafter. När materialet dopades med syre, atomerna band starkt med hybrid och skapade en bättre yta för inkommande väte, som Shahsavari sade sannolikt skulle levereras under tryck och skulle lämna när trycket släpps.

"Att tillsätta syre till substratet ger oss en god bindning på grund av laddningernas natur och deras interaktioner, "sa han." Syre och väte är kända för att ha god kemisk affinitet. "

Han sa att den borrade nitridens polariserade natur där den binder till grafen och elektronmobilitet i själva grafen gör materialet mycket avstämbart för applikationer.

"Det vi letar efter är sweet spot, "Sa Shahsavari, beskriver de idealiska förhållandena som en balans mellan materialets yta och vikt, samt driftstemperaturer och tryck. "Detta är bara praktiskt genom beräkningsmodellering, eftersom vi kan testa många variationer väldigt snabbt. Det skulle ta experimenterande månader att göra det som tar oss bara dagar. "

Han sa att strukturerna borde vara tillräckligt robusta för att lätt kunna överträffa energidepartementets krav på att en vätgasbränsletank ska klara 1, 500 laddnings-urladdningscykler.