Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

Layered grafen ark kunde lösa problem lagring av väte

Published on March 16, 2010 at 7:09 PM

Grafen-kol formas till ark en enda atom tjock nu verkar vara en lovande bas material för att fånga vätgas, enligt en färsk undersökning * vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och University of Pennsylvania. Resultaten tyder på högar av grafen lager skulle kunna lagra väte säkert för användning i bränsleceller och andra applikationer.

En grafen-oxid ram (GOF), som består av lager av grafen sammankopplade med bor-karboxylsyra "pelare". GOFs som denna är bara börjat undersökas som en potentiell lagringsmedium för vätgas och andra gaser. Credit: NIST

Grafen har blivit något av en kändis material under de senaste åren på grund av dess ledande, termiska och optiska egenskaper, som skulle kunna göra det användbart i en mängd sensorer och halvledarkomponenter. Materialet lagrar inte väte väl i sin ursprungliga form, enligt ett team av forskare som studerar det vid NIST Centrum för neutronforskning. Men om oxiderade grafen ark är staplade ovanpå varandra som däcken på en planskild parkeringsplats, som förbinds med molekyler som både länkar lagren till varandra och bibehålla utrymmet mellan dem, kan den resulterande grafen-oxid ram (GOF) ansamlas vätgas i större mängder.

Inspirerad att skapa GOFs av metal-organic frameworks som också granskas för lagring av vätgas, är laget börjar bara för att avslöja nya strukturer "egenskaper. "Ingen annan har någonsin gjort GOFs, såvitt vi känner till", säger NIST teoretiker Taner Yildirim. "Vad vi har hittat hittills, men visar GOFs kan hålla minst ett hundra gånger mer väte molekyler än vanliga grafenoxid gör. Den enkla syntes, låg kostnad och icke-toxicitet av grafen göra detta material en lovande kandidat för applikationer lagring av gas. "

Den GOFs kan behålla 1 procent av sin vikt i väte vid en temperatur på 77 grader Kelvin och vanliga atmosfärstryck-ungefär jämförbar med 1,2 procent som några väl studerade metal-organic frameworks kan hålla, säger Yildirim.

En annan av lagets potentiellt användbara upptäckter är ovanligt förhållande som GOFs uppvisar mellan temperatur och väte absorption. I de flesta lagring material, desto lägre temperatur, sker det mer väteupptag normalt. Dock upptäckte teamet att GOFs beter sig helt annorlunda. Även ett GOF kan absorbera väte, tar det inte i stora mängder på under 50 Kelvin (-223 grader Celsius). Dessutom släpper det inte någon vätgas under denna "blockering av temperatur"-tyder på att, med ytterligare forskning, kan GOFs användas både för att lagra väte och att släppa den när den behövs, ett grundläggande krav i applikationer bränslecell.

Några av de GOFs "kapacitet beror på att länka molekyler själva. De molekyler teamet används är alla bensen-boronic syror som interagerar starkt med väte i sin egen rätt. Men genom att hålla flera nanometer i utrymmet mellan grafen lager-liknar det sätt pelare håller upp ett tak, de ökar också den tillgängliga ytan på varje lager, vilket ger det mer platser för vätgas till spärren på.

Enligt forskarna kommer GOFs göra sannolikt ännu bättre när laget utforskar sina parametrar mer i detalj. "Vi kommer att försöka optimera prestanda GOFs och utforska andra länka molekyler också," säger Jacob Burress, också av NIST. "Vi vill utforska den ovanliga temperaturberoende absorptionskinetik, liksom om de kan vara användbara för att fånga växthusgaser som koldioxid och gifter som ammoniak".

Forskningen finansieras delvis av Department of Energy.

* J. Burress, J. Simmons, J. Ford och T. Yildirim. "Adsorptionsfilter egenskaper grafen-oxid-ramar och nanoporösa bensen-boronic polymerer syra." Att presenteras vid möte i mars American Physical Society (APS) i Portland, Ore, mars 18, 2010. En abstrakt finns på http://meetings.aps.org/Meeting/MAR10/Event/122133

Last Update: 3. October 2011 01:37

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit