固體所在設計新型儲氫材料方面取得新進展

鈦修飾的sp+sp2結構作為儲氫材料

　　隨著全球經濟的快速發展，能源需求與日俱增，同時，傳統的煤炭、石油和天然氣等化石燃料帶來了環境污染、溫室效應等諸多問題，因此清潔、可再生能源的開發已迫在眉睫。在眾多新能源中，氫能被視作連接化石能源和可再生能源的重要橋梁。在整個氫能系統中，儲氫是非常關健的環節之一。早期關于儲氫材料的研究大多集中在過渡金屬、堿金屬和堿土金屬修飾的sp2型碳納米材料上。

　　近期，中科院合肥物質科學研究院固體物理所劉春生博士和曾雉研究員利用全電子的第一性原理方法，研究了過渡族金屬Ti修飾的有限長sp雜化的碳原子鏈的儲氫能力。Ti可以穩定的吸附在碳原子鏈的一端，并且其結合能與碳鏈的類型有關，呈現明顯的奇偶振蕩性質。利用過渡態理論計算Ti吸附在鏈端的路徑發現整個過程不存在能壘，這為實驗上可以合成這種材料提供了有力的證據。結果表明，Ti原子通過與碳原子的d-p軌道雜化可以形成穩定的TiCn復合物，這種復合物吸附H2的數目依賴于碳鏈的類型。對于polyyne (n取偶數)和cumulene (n取奇數)型的碳鏈，Ti原子分別吸附五個和六個H2。研究人員提出C20富勒烯飽和TiC5的另外一端能夠形成穩定的sp+sp2新型結構，其吸附H2的結合能為0.52 eV/H2。

　　以上研究結果為基于一維碳納米材料設計高質量密度的儲氫媒介提供了一種新思路。相關結果發表在Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 2323 (2011)。