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发信人: hallpetch (满园春色关不住，我诱红杏出墙来！), 信区: Material
标  题: 模擬揭示新儲氫奈米材料 
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon Mar 19 15:13:59 2007), 站内

美國科學家透過電腦模擬確認出一種新材料金屬二硼化物奈米管(metal-diboride nanotubes)具有高儲氫量。德州大學的Sheng Meng與其在橡樹嶺國家實驗室、哈佛大學、田納西大學的研究伙伴發現硼化鈦(TiB2)奈米管具有5.5wt%的可逆儲氫量，更重要的是這種奈米管的束縛能(binding energy)介於0.2到0.6eV/H2，意謂著它有在在室溫下應用的可能。 

便宜、高儲氫量的材料是氫燃料電池技術能否商業化的關鍵之一。研究人員已經試過各種材料，但都不符實際應用的要求。例如氫化鈦鋁及氮化鋰的儲氫量高達9wt%，但過程不可逆且需要500K以上的高溫；室溫下最有希望的釩化鈦(TiV2)則只有2.6wt%，遠低於實用的標準6wt%。 

奈米管由於具有高的表面積/重量比，因此被看好為高密度儲氫材料。然而，大多數奈米管因化學惰性而無法與分子強力結合，克服方法之一是將金屬佈植(dope)入奈米管以增加其束縛能，但奈米管內可能會形成金屬團簇(clusters)，導致這類複合物的儲氫能力量大為降低。 

最近，Sheng等人藉由以密度泛函原理(density functional theory)為基礎的第一原理量子計算，發現在硼化鈦之類的金屬二硼化物中，由於金屬是管狀結構的一部份，因此不會有在管內形成金屬團簇的缺點。他們更進一步得到這類奈米管的可逆儲氫量為.5~6.5wt%，其束縛能介於0.2~0.6eV之間，此為室溫下可逆儲氫及氫分子快速鍵結的理想範圍。 

Sheng表示，這種新的奈米管一旦形成，將成為理想的儲氫媒介，因為在硼化鈦奈米管的結構中，鈦原子正好位於管外圈，極有利於氫的吸附。研究人員也認為水分子能在TiB2表面輕易分解，因此同一種材料有可能用來製造及儲存氫原子，不過這點仍有待進一步研究證實。詳見近期的Nano Letters。
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