Новости химической науки > Фуллерены для хранения водорода

Одним из интересных нанотехнологических подходов к хранению водорода является его инкапсуляция в каркасные молекулы при комнатной температуре. Идеальными для решения такого рода задачи кажутся фуллерены. Это обстоятельство обусловлено не только наличием полости, но и возможностью хемосорбции водорода на внутренней и внешних поверхностях каркасной молекулы.

Тем не менее, на настоящее время еще не проведена оценка количества молекул водорода, способных образовать стабильный композит с фуллереном C₆₀. Наиболее часто говорится о том, что полость фуллерена способна вместить 24 молекулы Н₂, хотя есть и мнение о том, что не сможет разместиться даже одна молекула водорода.

Ab initio симуляция разрыва клетки C₆₀, содержащей 58 атомов водорода. (Рисунок: Dr. Olga V. Pupysheva)

Для уточнения «водородной емкости» фуллеренов группа Бориса Якобсона (Boris I. Yakobson) из Университета Райс в Хьюстоне использовала метод DFT и ab initio как для определения геометрических параметров композитов фуллерен-водород и систематического их изучения для низкого и высокого содержания водорода, так и для определения стабильности смоделированных структур.

Было обнаружено, что при относительно небольшом количестве инкапсулированных атомов водорода (менее 20) водород в полости фуллерена существует лишь в молекулярной форме. Если в полости C₆₀ содержится более 30 атомов водорода, часть этих атомов образует ковалентные связи с атомами углерода.

Исследователи из Хьюстона обнаружили, что максимальное число атомов водорода, способное разместиться внутри клетки C₆₀ с образованием метастабильной структуры – 58. Разработанная модель позволяет предсказать максимальное число атомов водорода, способных инкапсулироваться в стабильный фуллерен любого заданного размера. Например, гигантский фуллерен C₇₂₀ может содержать 800 атомов водорода.

Другой, не менее интересный результат исследования – демонстрация высокой механической прочности фуллерена. Ольга Пупышева (Olga V. Pupysheva), одна из соавторов работы, отмечает, что давление внутри полости фуллеренов, инкапсулировавших большое количество водорода сравнимо с атмосферным давлением на поверхности Сатурна или Юпитера.

Источник: Nano Letters, 2007, DOI: 10.1021/nl071436g

метки статьи: #квантовая химия, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #химия поверхности