低維氫氣水合物的研究取得新進(jìn)展
時(shí)間：2021-04-13 00:06:02學(xué)院：化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院學(xué)校：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
?近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院曾曉成教授（美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校Ameritas大學(xué)講座教授）研究組與美國(guó)科學(xué)院院士，美國(guó)藝術(shù)及科學(xué)院院士，前美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，普渡大學(xué)Joseph S. Francisco講座教授合作，通過(guò)理論研究發(fā)現(xiàn)常溫下氫氣分子可以在碳納米管內(nèi)形成低維氫氣水合物，使得利用碳納米管清潔、安全地儲(chǔ)存氫氣成為可能。此成果以“Spontaneous Formation of One-Dimensional Hydrogen Gas Hydrate in Carbon Nanotubes”為題發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)志上，（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10661-10668. DOI:10.1021/ja5041539），被該刊選作2014年七月三十號(hào)封面并同期被選作熱點(diǎn)文章（Spotlights: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja507437b） 。該項(xiàng)工作的共同第一作者是我院博士后趙文輝、特任副研究員王路以及美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校研究助理教授Jaeil Bai。
?氣體水合物是水與小分子氣體形成的非化學(xué)計(jì)量性籠狀晶體物質(zhì)，又稱籠型水合物。水合物晶體是一個(gè)高效的分子水平的氣體儲(chǔ)存器，每立方米水合物可以儲(chǔ)存160-180 m3?天然氣。常見的氣體水合物為甲烷水合物（俗稱可燃冰），是一種重要的后續(xù)能源。由于氫分子直徑非常小，需要在高壓或存在水合物促進(jìn)劑時(shí)才能生成穩(wěn)定的水合物。趙文輝博士等在合作導(dǎo)師的指導(dǎo)下，基于前期關(guān)于低維冰以及氣體水合物的研究工作（Chem. Sci.?5, 1757-1764; PNAS?107, 5718-5722; PNAS?109: 21240-21245），提出將氫氣分子放入一維碳納米管中的新思路，理論預(yù)測(cè)了常溫常壓下低維氫氣水合物的形成。研究發(fā)現(xiàn)，與體相水合物中氣體分子被水分子籠穴包絡(luò)不同，一維氫氣水合物中氫氣分子形成準(zhǔn)一維分子鏈包絡(luò)在一維冰納米管內(nèi)。特別是在八邊形冰納米管內(nèi)，氫氣分子鏈可以像液體一樣自由地沿軸向流動(dòng)。
?這項(xiàng)研究工作有望對(duì)潔凈安全的儲(chǔ)存氫氣產(chǎn)生重要影響。上述研究得到了中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、教育部以及國(guó)家人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
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