(PhysOrg.com) -- Een wijnstok op nanoschaal met waterstofdruiven kan ooit de favoriete brandstof van uw auto opleveren.

Onderzoekers van de Rice University hebben vastgesteld dat een rooster van met calcium versierde carbyne het potentieel heeft om waterstof op te slaan op niveaus die gemakkelijk de doelstellingen van het Department of Energy (DOE) overschrijden voor gebruik als een "groene" alternatieve brandstof voor voertuigen.

De opkomst van strategieën op nanoschaal voor energieopslag is de afgelopen jaren dramatisch geweest, zoals blijkt uit laboratoria over de hele wereld die verschillende manieren suggereren om nanobuisjes en linten als medium te gebruiken. Maar ze denken misschien niet klein genoeg, volgens nieuw onderzoek van het laboratorium van theoretisch fysicus Boris Yakobson dat vorige week in het online tijdschrift verscheen Nano-letters . Yakobson is de Karl F. Hasselmann-leerstoel in Engineering van Rice en hoogleraar materiaalkunde en werktuigbouwkunde en scheikunde.

Carbyne is een keten van koolstofatomen; het is wat je zou krijgen als je een touwtje uit een plakje grafeen zou kunnen trekken op dezelfde manier als je een losse draad uit een trui zou trekken. "Een koolstofstaafje van één atoom is zo dun als het maar kan worden, veel dunner dan een koolstofnanobuis, ' zei Yakobson.

Carbyne wordt beschouwd als een exotisch materiaal, maar recente experimenten tonen aan dat het kan worden gesynthetiseerd en gestabiliseerd bij kamertemperatuur, waar vooral de opslag van belang is. Dat is belangrijk, Yakobson zei, omdat andere materialen op nanoschaal, zoals koolstofnanobuisjes, grafeen en zelfs buckyballs zijn alleen effectief voor waterstofopslag bij te koude omstandigheden.

Het is het calcium dat als lokaas dient en het mogelijk maakt om carbine op kamertemperatuur te bewaren. Gevormd tot een rooster, carbyne alleen zou theoretisch ongeveer 50 procent van zijn gewicht in waterstof kunnen opslaan, ver boven de capaciteitsdoelstelling van 6,5 procent die door de DOE voor 2015 is vastgesteld. Maar de zwakke binding zou alleen bij zeer lage temperaturen kunnen werken, zei Yakobson.

Niet zo met calcium toegevoegd. Hierdoor kan het rooster waterstof adsorberen met een bindingsenergie die gunstig is voor effectieve kamertemperatuur, omkeerbare opslag. Omdat calciumatomen niet clusteren, ze kunnen als druiven aan een wijnstok langs de carbyne-strengen worden verdeeld en elk maar liefst zes waterstofatomen binden; dit zou het netwerk een potentiële opslagcapaciteit geven van ongeveer 8 procent van zijn gewicht.

Omdat een stellage van enkelvoudige atoomketens licht en luchtig zou zijn, er zou meer ruimte zijn voor de waterstof om te aggregeren.

Yakobson en zijn collega's suggereerden verschillende schaalbare strategieën voor praktische waterstofopslag. In een die lijkt op de zogenaamde metalen organische frames die onlangs zijn bestudeerd door Yakobson's lab, een diamantachtig rooster zou het mogelijk maken om vijf waterstofatomen aan elk calciumatoom te adsorberen; het aantal koolstofatomen in elke streng zou de totale capaciteit bepalen.

In de andere, ze stelden voor om met calcium versierde strengen van atomen uit grafeen te trekken, die zou dienen als een frame voor de array.

Yakobson zei dat het moeilijk in te schatten is wanneer een van deze of een andere realisatie zou kunnen plaatsvinden. "Maar ik ben optimistisch. Vanuit dit theoretische concept, en gebaseerd op experimenteel bewijs van carbyne-synthese en ervaring met metalen organische frame-architecturen, het kan twee tot drie jaar duren om carbinenetwerken te produceren en, zeggen, één tot twee jaar om de calciumverrijking aan te passen om een ​​materiaal te verkrijgen met een goede capaciteit voor waterstof, "zei hij. "Dus in drie tot vijf jaar, men kan een industrieel monster nemen en vervolgens opschalen -- dat wil zeggen, met intensief werk en wat geluk."