氮化硼 - 石墨烯为汽车创造实用燃料电池

由氮化硼纳米管柱分隔的石墨烯层可能是用于在汽车中储存氢燃料的合适材料。能源部已经设定了储氢材料的基准，使氢成为轻型车辆的实用燃料。

一项新的计算研究中确定，柱撑氮化硼和石墨烯可能是候选材料。实验室通过计算机模型确定了弹性和弹性柱状石墨烯结构，随后将氮化硼纳米管加工成混合物，以模拟独特的三维结构。（已经制备了与石墨烯无缝结合的氮化硼纳米管样品。）正如建筑物中的支柱允许人们在地板之间腾出空间一样，氮化硼石墨烯中的支柱为氢原子留下了空间。

挑战是让他们进入并保持足够，并根据需要退出。在最新的分子动力学模拟中，研究人员发现柱撑石墨烯或柱撑氮化硼石墨烯提供了丰富的表面积（约每平方米2,547平方米），并且在环境条件下具有良好的可回收性。。他们的模型显示，向材料中添加氧气或锂将使它们更好地与氢气结合。

他们将模拟重点放在四种变体上：氮化硼柱撑结构或掺杂氧或锂的柱撑氮化硼石墨烯。在室温和环境压力下，氧掺杂的氮化硼石墨烯被证明是最好的，其重量占11.6％（重量）和约60g/L（体积容量）;很容易打败多孔氮化硼，金属氧化物骨架和碳纳米管等竞争技术。

在-321华氏度的寒冷天气中，氢气中物质的重量占其重量的14.77％。美国能源部目前的经济储存媒体目标是在中等条件下储存超过5.5％的重量和40克/升的氢气。最终目标是7.5％重量和70克每升。

由于范德瓦尔斯的弱力，氢原子被吸附在未掺杂的柱撑氮化硼石墨烯上。当材料掺杂氧时，原子与混合物强烈结合并为进入的氢产生更好的表面，可以在压力下运输并在压力释放时撤回。由于电荷的性质及其相互作用，向基板中添加氧气为我们提供了良好的结合。已知氧气和氢气具有良好的化学亲和力。氮化硼与石墨烯结合的极化特性和石墨烯本身的电子迁移率使得该材料在应用中具有高度可调性。我们正在寻找的是最好的一点，他描述了理想的条件，表面积和材料重量之间的平衡，以及工作温度和压力。这只能通过计算建模来实现，因为我们可以非常快速地测试许多变化。实验主义者需要几个月才能完成。这些结构应该足够强大，容易超出能源部的要求，也就是说，氢燃料箱可以承受1500次充放电循环。