這是一種納米尺度的葡萄藤，掛著氫原子葡萄串，有朝一日可為你的汽車提供優(yōu)異的葡萄酒氫燃料。來源：賴斯大學
賴斯大學（Rice University）的研究人員已經(jīng)確定，有一種晶格，就是鈣裝飾的線型碳（carbyne），它很有潛力，儲存氫的水平很容易超過美國能源部（DOE）的目標，作為一種“綠色”替代燃料，用于汽車。
從發(fā)展上看，納米儲能技術已經(jīng)加快，近年來，跡象很明顯，全世界實驗室都提出各種途徑，使用碳納米管和納米帶作為媒介。但是，他們考慮的尺度可能不夠小，這是根據(jù)一項新的研究所說，這項研究來自理論物理學家鮑里斯•雅克布孫（Boris Yakobson）的實驗室，發(fā)表于上周的在線期刊《納米快報》（Nano Letters）。雅克布孫是賴斯大學卡爾•胡塞爾門工程主席（Karl F. Hasselmann Chair in Engineering），也是材料科學、機械工程和化學教授。
碳炔（Carbyne）是一串碳原子鏈；這就是你會得到的，你能從石墨烯切片上拉下一根線體，從方式上看，就像從毛衣上拉下一條松散的線。“一根單原子碳桿（one-atom rod of carbon）已經(jīng)是盡可能細了，比碳納米管更細，”雅克布孫說。
線型碳被認為是一種奇特材料，但最近的實驗表明，它可以合成，而且穩(wěn)定，在室溫下，存儲基本上是有益的。這是很重要的，雅克布孫說，因為其他納米尺度的材料，如碳納米管、石墨烯甚至巴基球（buckyballs），都可以有效地進行氫的存儲，只是條件太冷。
正是鈣可以做為餌料，使室溫存儲可適用于線型碳。形成晶格后，線型碳單獨而言，理論上可存儲大約相當于其重量50%的氫，遠高于6.5%的容量目標，這一目標是美國能源部2015年設定的。但是，這種弱鍵合起作用，只能是在非常低的溫度下，雅克布孫說。
加上鈣就不是這樣。它使晶格在吸收氫時，鍵能（binding energy）會有利于有效的室溫可逆儲存。由于鈣原子不成串，它們的分布就會沿著碳炔鏈進行，就像葡萄結(jié)在藤蔓上，而且每個鈣原子會結(jié)合多達6個氫原子；這會賦予這一網(wǎng)絡一種潛在的存儲容量，大約相當于8%的自身重量。
因為這種單原子鏈支架明亮通風，就會有更多的空間讓氫聚集。
雅克布孫和他的同事提出一些可擴展戰(zhàn)略，進行實際的氫儲存。有一種類似所謂的金屬有機框架（metal organic frames），就是最近雅克布孫的實驗室研究的，是一種金剛石狀的晶格，可以使5個氫原子吸附在一個鈣原子上；碳原子數(shù)在每個鏈上都會決定總體容量。
另一種策略是，他們建議，從石墨烯上拉下鈣裝飾的原子鏈，這可作為一種框架，形成陣列。
雅克布孫表示，很難估計什么時候這些或其他一些轉(zhuǎn)變會發(fā)生。“但是，我很樂觀。從這一理論概念看，根據(jù)線型碳合成的實驗證據(jù)，以及研究過的有機金屬框架結(jié)構(gòu)，可能需要兩至三年來形成線型碳網(wǎng)絡，并要說，需要一到兩年來調(diào)整鈣富集（calcium enrichment），這樣獲得的材料就具有良好的性能，可吸附氫，”他說。“因此，過三到五年，就可以有一個工業(yè)樣品，然后擴大規(guī)模。也就是說，這需要緊張的工作，也需要一些運氣。”
