上世紀(jì)70年代,人們開始將氫氣看成化石燃料的替代品并對其寄予厚望,因?yàn)闅錃馊紵蟮玫降母碑a(chǎn)品只有水,而其他碳?xì)浠衔锶剂先紵髸?huì)噴射出溫室氣體和有害污染物。另外,同汽油相比,氫氣的質(zhì)量更輕,能量密度更大且來源豐富。
但氫氣要想作為燃料替代汽油,就必須解決兩大難題:如何安全且密集地存儲,以及如何更容易獲得。最近幾年,科學(xué)家一直嘗試解決這兩個(gè)問題。他們試著將氫氣“鎖”在固體中;試著在更小的空間內(nèi)存儲更多氫氣,同時(shí)讓氫氣的反應(yīng)性很低——要讓氫氣這種易揮發(fā)的物質(zhì)保持穩(wěn)定,低反應(yīng)性非常重要。然而,大多數(shù)固體只能吸收少量氫氣,同時(shí),還需要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行極度地加熱或冷卻來提升其能效。
現(xiàn)在,美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家設(shè)計(jì)出了一種新的納米儲氫復(fù)合材料,其由金屬鎂納米離子散落在一個(gè)聚甲基丙烯酸甲酯(同樹脂玻璃有關(guān)的聚合物)基質(zhì)組成。新材料在常溫下就能快速地吸收和釋放氫氣,在吸收和釋放氫氣的循環(huán)中,金屬鎂也不會(huì)氧化。
研究人員詹弗·厄本表示,這項(xiàng)研究表明,在設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料中,他們能夠突破基本的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)障礙,讓物質(zhì)很好地結(jié)合在一起;而且也能有效地平衡新復(fù)合材料中的聚合物和納米金屬粒子,從而為其他能源研究領(lǐng)域解決相關(guān)問題提供借鑒。
厄本和同事克里斯蒂安·基思洛維斯基使用美國能源部下屬的國立電子顯微鏡中心的TEAM 0.5顯微鏡觀察到了散落在聚合物內(nèi)的單個(gè)鎂納米晶體。TEAM 0.5顯微鏡是全球功能最強(qiáng)的電子顯微鏡,能在0.5埃(大約是碳原子尺寸的三分之一,也是原子尺度研究的一個(gè)關(guān)鍵尺寸)分辨率下直接觀察和分析納米結(jié)構(gòu)。使用該顯微鏡,研究人員也能追蹤到“瑕疵”——晶體內(nèi)的不規(guī)則排序和原子空白,據(jù)此,科學(xué)家能以前所未有的精度和準(zhǔn)確度理解新儲存材料中的氫原子行為。
基思洛維斯基說:“使用TEAM 0.5顯微鏡,可以證實(shí)這種材料中存在著氫氣,并可以直接給新材料中的氫原子陣列直接拍照,讓我們更好地觀察氫原子的行為!
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