一種可以儲氫的“奈米巧克力”，石墨烯負載的鈀奈米團簇

一種創新方法可以將石墨烯負載的鈀奈米團簇變成簡單的氫氣儲存裝置，氫氣就像巧克力釉一樣在吸附在表層，並且稍微加熱就可以釋放出氫氣。

阻止全球變暖的趨勢以緩解地球氣候的變化是我們現今遇到的巨大挑戰之一。透過採用清潔可再生的“綠色氫能源”來替代現有的化石能源，是減少溫室氣體的排放一種可能的途徑。但是用氫替代傳統燃料的主要問題在於儲氫技術。

現階段，儲存氫氣的成本很高：要麼必須將氣體儲存在高達700 bar的加壓罐中；要麼將其液化，這意味著要將氫氣冷卻至負253℃，這兩個過程都消耗額外的能量。

近日，由DESY 的 Andreas Stierle 領導的團隊研究了一種新的儲氫方法：將氫儲存在由貴金屬鈀製成的微小奈米粒子中，直徑僅為1.2 nm。早有研究報道證明鈀可以像海綿一樣吸收氫，然而直到現在，如何從材料中取出氫還是一個問題。

為了確保微小的奈米顆粒足夠堅固，採用稀有金屬銥作為核心，用於結構的穩定。此外，極薄的石墨烯作為載體，將鈀顆粒以僅約2.5nm的間隔附著在石墨烯上，形成一種穩定的、幾近完美對稱的、規則的、週期性的奈米結構。

鈀奈米粒子（黃色和灰色）由銥（紅色）核穩定，藍色為石墨烯原子。氫可以像巧克力釉一樣凝聚在它們的表面，並且可以透過稍微加熱再次釋放。圖片來源：DOI: 10.1021/acsnano.1c01997

鈀奈米粒子（黃色和灰色）由銥（紅色）核穩定，中間藍色極薄的石墨烯作為載體，當有氫氣接觸到此奈米團簇時，氫氣分子會粘附在奈米顆粒的表層，而不會滲透到奈米粒子的內部。

鈀奈米團簇吸附氫就類似於巧克力：中間核心的銥原子就像堅果，包裹在一層鈀原子中，吸附的氫氣就像在鈀外層鍍了一層巧克力。當需要釋放氫氣時，只需要提供少量的熱量，氫氣就能從粒子表面迅速釋放出來。因為氣體分子不必從奈米簇內部釋放出，所以需要的加熱能量相對很少。

“接下來，我們想研究使用這種新方法可以實現的儲存密度”Stierle 說。然而，在進行實際應用之前，仍然需要克服一些挑戰。例如，其他形式的碳結構可能比石墨烯合適作為載體——專家們正在考慮使用含有細孔的碳海綿，大量的鈀奈米粒子應該更適合這種結構。