氢能——在基于氧化石墨烯的纳米杂化物中储存氢

印度坎普尔理工学院和斯利那加国家理工学院的研究人员合成并研究了镍纳米颗粒分散、硼掺杂的还原氧化石墨烯（Ni-B-rGO）样品，用于储氢。他们表示，在给定的温度和压力下，非钯基系统的储氢效果是迄今为止最好的。

这项研究表明，用镍纳米颗粒装饰的掺硼还原氧化石墨烯（B-rGO）是一种很有前途的机载储氢材料。

氢可以在高压下以压缩气体的形式储存，在低温下以液态储存，在材料中以固态储存。传统的方法是能量密集型的，并且在压缩或液化气体时损失了大量的能量。因此，从成本和安全角度来看，固态储氢优于传统的储氢方法。在这里，通过与主体材料形成共价/离子或范德华键，氢可以作为原子或分子储存。然而，重要的是找到一种能够在中等操作条件下储存氢气的材料，同时具有良好的循环性和更快的动力学。

基于氧化石墨烯（GO）的衍生物由于其高表面积、低密度和可调孔径而被探索用于固态储氢。然而，在运输应用所需的环境条件下，它们的储存能力很差。

研究人员试图通过调用溢出机制，通过储存分子和原子形式的氢，在中等温度和中等压力下实现增强的储存能力，以用于运输应用。另一个目标是避免使用昂贵的金属，如钯和铂。

研究人员试图将原子和分子形式的氢储存在分散在镍纳米颗粒中、掺杂硼的还原氧化石墨烯（Ni-B-rGO）样品中。硼掺杂改善了高比表面积还原氧化石墨烯（rGO）的性能。添加高度分散的镍催化剂纳米颗粒不仅有助于通过调用溢出机制来提高存储容量，而且还为解离的原子向材料内部提供了更短的扩散路径。

研究人员通过冷冻干燥和水热法合成了基于氧化石墨烯的杂化物，即硼掺杂的还原氧化石墨烯（B-rGO）和镍纳米颗粒分散的B-rGO（Ni-B-rGO）。

对样品在三种温度（77K、273K和298K）和20巴H2压力下的储氢能力进行了表征。B-rGO样品在298 K时显示出约0.24 wt.%的储存容量，在273 K时增加到约0.58 wt.%；并且在77K下进一步增加到8.2wt%。Ni-B-rGO混合物在三个温度（77K、273K和298K）下的储存容量分别为6.9wt%、0.41wt%和0.16wt%。

研究人员表示，镍（在Ni-B-rGO样品中）的添加增加了溢出机制储存的量；然而，由于Ni的额外重量，储存的氢的重量百分比降低。在273K下观察到的这种影响在298K下也持续存在，因此尽管储存的氢量（如H2和H）较高，但重量百分比下降。Ni（对净储存量）的有益作用是由于其在将H2分解为2H方面的催化作用而产生的；这使得氢原子与rGO表面的结合更强。