储存氢气的“纳米夹心巧克力”：未来的创新能源载体

一种创新的方法可以将纳米颗粒变成储存氢气的简单储罐。这种极易挥发的气体被认为是未来有前途的能源载体，它可以为飞机、船舶和货车等提供气候友好型燃料，并允许气候友好型钢铁和水泥持续生产（这取决于氢气的生成方式）。

然而，储存氢气的成本很高：要么将气体保存在高达700巴的加压罐中，要么必须将其液化，这意味着将其冷却到零下253摄氏度，这两个过程都会消耗额外的能源。

由DESY的Andreas Stierle领导的一个团队已经为一种替代方法奠定了基础：将氢气储存在由贵金属钯制成的微小纳米颗粒中，直径仅为1.2纳米。钯可以像海绵一样吸收氢气的事实已经被人们所知。”然而，直到现在将氢气再次从材料中取出来还是一个问题，”Stierle解释说。”这就是为什么我们正在尝试直径只有大约一纳米的钯粒子。”一纳米是一毫米的百万分之一。

为了确保这些微小的颗粒足够结实，它们被一个由稀有贵金属铱制成的核心变得更稳定。此外，它们被附着在石墨烯支架上，这是一个极薄的碳层。”我们能够将钯粒子以仅为2.5纳米的间隔附着在石墨烯上，”作为DESY纳米实验室负责人的Stierle报告说。”这带来了一个有规律的、周期性的结构”。该团队还包括来自科隆大学和汉堡大学的研究人员，他们在美国化学学会（ACS）杂志ACS Nano上发表了他们的发现。

DESY的X射线源PETRA III被用来观察钯粒子与氢气接触时发生的情况：氢气粘附在纳米粒子的表面，几乎没有任何氢气渗透到里面。纳米颗粒可以被想象成类似于一种糖果：中心是一个铱核，被一层钯包裹着，外面被氢气包裹着”夹心巧克力”结构。回收储存的氢气所需要的只是加入少量的热量；氢气从粒子的表面迅速释放出来，因为气体分子不必从集群内部挤出来。

“接下来，我们想弄清楚使用这种新方法可以达到什么样的存储密度，”Stierle说。然而，在进行实际应用之前，仍然需要克服一些挑战。例如，其他形式的碳结构可能是比石墨烯更合适的载体–专家们正在考虑使用含有微小孔隙的碳海绵，大量的钯金纳米粒子更适合在这些孔中存在。