Wetenschappers uit de Verenigde Staten, China en Rusland hebben de structuur en eigenschappen beschreven van een nieuw waterstofclathraathydraat dat zich vormt bij kamertemperatuur en relatief lage druk. Waterstofhydraten zijn een mogelijke oplossing voor opslag en transport van waterstof, de meest milieuvriendelijke brandstof. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

IJs is een zeer complexe stof met meerdere polymorfe modificaties die in aantal blijven groeien naarmate wetenschappers nieuwe ontdekkingen doen. De fysieke eigenschappen van ijs variëren sterk, ook:bijv. waterstofbruggen worden symmetrisch bij hoge druk, waardoor het onmogelijk is om een ​​enkel watermolecuul te onderscheiden, overwegende dat lage drukken protonstoornis veroorzaken, het plaatsen van watermoleculen in vele mogelijke ruimtelijke oriëntaties binnen de kristalstructuur. ijs om ons heen, inclusief sneeuwvlokken, is altijd proton-wanorde. IJs kan xenon bevatten, chloor, kooldioxide- of methaanmoleculen en vormen gashydraten die vaak een andere structuur hebben dan puur ijs. Het overgrote deel van het aardse aardgas bestaat in de vorm van gashydraten.

In hun nieuwe studie scheikundigen uit de Verenigde Staten, China en Rusland richtten zich op waterstofhydraten. Gashydraten zijn van groot belang voor zowel theoretisch onderzoek als praktische toepassingen, zoals waterstofopslag. Indien opgeslagen in zijn natuurlijke vorm, waterstof vormt een explosiegevaar, terwijl de dichtheid veel te laag is, zelfs in gecomprimeerde waterstof. Daarom zoeken wetenschappers naar kosteneffectieve oplossingen voor waterstofopslag.

"Dit is niet de eerste keer dat we ons wenden tot waterstofhydraten. In ons vorige onderzoek, we voorspelden een nieuw waterstofhydraat met 2 waterstofmoleculen per watermolecuul. Helaas, dit uitzonderlijke hydraat kan alleen bestaan ​​bij drukken boven 380, 000 sferen, wat gemakkelijk te realiseren is in het lab, maar is nauwelijks bruikbaar in praktische toepassingen. Ons nieuwe artikel beschrijft hydraten die minder waterstof bevatten, maar die bij veel lagere drukken kunnen voorkomen. " zegt Skoltech-professor Artem R. Oganov.

De kristalstructuur van waterstofhydraten is sterk afhankelijk van de druk. Bij lage druk, het heeft grote holtes die, volgens Oganov, lijken op Chinese lantaarns, elk met waterstofmoleculen. Naarmate de druk toeneemt, de structuur wordt dichter, met meer waterstofmoleculen verpakt in de kristalstructuur, hoewel hun vrijheidsgraden aanzienlijk minder worden.

In hun onderzoek gepubliceerd in de Fysieke beoordelingsbrieven , de wetenschappers van de Carnegie Institution of Washington (VS) en het Institute of Solid State Physics in Hefei (China) onder leiding van Alexander F. Goncharov, een professor aan deze twee instellingen, voerde experimenten uit om de eigenschappen van verschillende waterstofhydraten te bestuderen en ontdekte een ongebruikelijk hydraat met 3 watermoleculen per waterstofmolecuul. Het team onder leiding van professor Oganov gebruikte het evolutionaire algoritme USPEX, ontwikkeld door Oganov en zijn studenten, om de structuur van de verbinding te ontrafelen die verantwoordelijk is voor zijn eigenaardige gedrag. De onderzoekers simuleerden de omstandigheden die in het experiment werden gebruikt en vonden een nieuwe structuur die erg lijkt op het bekende proton-geordende C1-hydraat, maar verschilt van C1 in oriëntaties van watermoleculen. Het team toonde aan dat protonenstoornis moet optreden bij kamertemperatuur, aldus de röntgendiffractie en Raman-spectrumgegevens die in het experiment zijn verkregen, verklaren.