中美科學(xué)家合作發(fā)現(xiàn)一種可能的新儲氫材料：C60+Ca

 近日，中科院物理所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室博士生楊身園與導(dǎo)師王恩哥及美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的張振宇等人合作，發(fā)現(xiàn)了一種可能的新儲氫材料：C60+Ca。有關(guān)成果發(fā)表在Phys. Rev. Lett. 100, 206806 （2008）上，并立即被Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology轉(zhuǎn)載。

    在過去十年間，碳基納米材料是一種備受關(guān)注的潛在儲氫材料。但是，氫分子在碳材料表面的物理吸附太弱，不滿足常溫常壓的實(shí)際應(yīng)用要求。為了提高氫分子在碳材料表面的吸附能，人們提出了多種方法修飾碳材料。例如，在表面覆蓋3d過渡金屬或堿金屬，替代摻雜輕元素，帶電等。但每種方法都存在著弊端或不足。

    物理所博士生楊身園與導(dǎo)師王恩哥及美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的張振宇等人，利用*性原理計(jì)算研究了輕堿土金屬覆蓋的富勒烯的儲氫性質(zhì)。他們首先發(fā)現(xiàn)鈣和鍶在C60上吸附很強(qiáng)，可以均勻地覆蓋在C60表面上，形成M32C60。它們之間的相互作用機(jī)制與金屬未占據(jù)的d軌道有關(guān)。鈹和鎂沒有可利用的d軌道，因此與C60的相互作用很弱。其次，鈣、鍶與C60間的電荷轉(zhuǎn)移在表面附近產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電場，能夠極化氫分子，使得氫分子的吸附能分別達(dá)到0.4和0.2 eV/H2，非常適于實(shí)際應(yīng)用。第三，在Ca32C60上可吸附至少92個(gè)氫分子，由于鈣質(zhì)量較輕，zui后的儲氫質(zhì)量百分比達(dá)到8.04 wt%。綜合以上三個(gè)因素，他們認(rèn)為鈣優(yōu)于以前研究的所有覆蓋在C60表面上的金屬。