Kreditt: Naturkjemi (2022). DOI: 10.1038/s41557-022-01019-7
Hydrogen (H2) diskuteres for tiden som en ideell energibærer av fornybar energi. Hydrogen har den høyeste gravimetriske energitettheten av alle kjemiske drivstoff (141 MJ/kg), som er tre ganger høyere enn bensin (46 MJ/kg). Imidlertid begrenser dens lave volumetriske tetthet dens utbredte bruk i transportapplikasjoner – ettersom dagens lagringsalternativer krever mye plass.
På omgivelsestemperatur, hydrogen er en gass, og ett kilo hydrogen opptar et volum på 12000 liter (12 kubikkmeter). I brenselcellekjøretøyer lagres hydrogen under et svært høyt trykk på 700 ganger atmosfærisk trykksom reduserer volumet til 25 liter per kilo H2. Flytende hydrogen viser en høyere tetthet som resulterer i 14 liter per kilogram, men det krever ekstremt lave temperaturer siden kokepunkt av hydrogen er minus 253 °C.
Nå har et team av forskere fra Max Planck Institute for Intelligent Systems, Technische Universität Dresden, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg og Oak Ridge National Laboratory demonstrert at hydrogen kondenserer på en overflate ved en svært lav temperatur nær H.2 kokepunkt, og danner et supertett monolag som overstiger tettheten til flytende hydrogen med en faktor på nesten tre, noe som reduserer volumet til bare 5 liter per kilo H2.
Det overraskende resultatet var at dobbelt så mange H2 molekyler enn atomer av edelgassen argon dekket overflaten, selv om begge har nesten samme størrelse. For å doble antall molekyler per område, H2 molekyler klemmer tett sammen, og danner et supertett lag.
Studien av R. Balderas-Xicohténcatl et al. involvert høyoppløselige kryoadsorpsjonseksperimenter på høyt ordnet mesoporøs silika som viser veldefinerte pore- og overflateegenskaper for å bestemme antall molekyler som kondenseres på materialets overflate.
Uelastisk nøytronspredning er et ideelt verktøy for å følge dannelsen av dette todimensjonale hydrogenlaget. For første gang ble eksistensen av dette supertette hydrogenet bekreftet in situ. Dette direkte observasjon var bare mulig ved å bruke det høyoppløselige nøytronvibrasjonsspektrometeret VISION, som har en uelastisk tellehastighet som er mer enn 100 ganger større enn noe lignende tilgjengelig spektrometer.
Teoretiske studier bekrefter de eksperimentelle observasjonene av den uvanlig høye hydrogentettheten i det adsorberte laget. Tiltrekningskreftene ved overflaten var sterkere enn frastøtingen mellom to hydrogenmolekyler, noe som resulterte i en supertett hydrogenpakking på den mesoporøse silikaoverflaten. Den superhøye tettheten er en konsekvens av den høye komprimerbarheten til hydrogen, som ikke har kjerneelektroner.
Dannelsen av det supertette hydrogenlaget ved lave temperaturer nær kokepunktet er av fundamental interesse. Det bør vurderes for kvantitativ analyse av H2 adsorpsjonsisotermer ved 20 K. Det kan også åpne nye muligheter for å øke den volumetriske kapasiteten til kryogene hydrogenlagringssystemer for mange bruksområder i en kommende hydrogenøkonomi.
Forskningen ble publisert i Naturkjemi.
Baner vei for mer effektive hydrogenbiler
Rafael Balderas-Xicohténcatl et al, Dannelse av et supertett hydrogenmonolag på mesoporøs silika, Naturkjemi (2022). DOI: 10.1038/s41557-022-01019-7
Levert av
Max Planck Society
Sitering: Supertett pakking av hydrogenmolekyler på en overflate (2022, 5. september) hentet 11. september 2022 fra https://phys.org/news/2022-09-super-dense-hydrogen-molecules-surface.html
Dette dokumentet er underlagt opphavsrett. Bortsett fra enhver rettferdig handel for formålet med private studier eller forskning, kan ingen del reproduseres uten skriftlig tillatelse. Innholdet er kun gitt for informasjonsformål.