发现一种新型氢水合物:将来可用于储氢

来自美国,中国和俄罗斯的科学家在室温和较低的压力条件下发现了一种新型笼形氢水合物。氢水合物是最环保的燃料,将来可以用于氢存储和运输。

一种新型的笼形氢水合物。
一种新型的笼形氢水合物。

冰是一种高度复杂的物质,具有很多种晶体结构,随着科学家的发现,冰的类型数量还在不断增加。随着冰结构的不同,它们的物理特性也会表现出很大的不同之处,例如,氢键在高压下变得对称,从而无法区分单个水分子,而低压则导致氢原子紊乱,将水分子置于晶体结构内的许多可能的空间方向上。我们周围的冰,包括雪花,总是氢原子无序的。冰可以掺入氙气,氯气,二氧化碳或甲烷分子,并形成气体水合物,这些气体水合物的结构通常与纯冰不同。地球上绝大多数的天然气以水合物的形式存在。

在他们的新研究中,来自美国,中国和俄罗斯的化学家专注于氢水合物。这主要是氢水合物的研究对于理论基础和实际应用都有很广泛的前景,例如储氢。如果以天然形式存储,氢气会引起爆炸危险,而即使在压缩氢中,密度也太低。这就是为什么科学家在寻找具有成本效益的储氢解决方案的原因。

这不是科学家第一次研究氢水合物。在之前的研究中,科学家就预测了一种新型氢水合物,每个水分子含2个氢分子。不幸的是,这种特殊的水合物只能在380000个大气压以上的压力下存在,这在实验室中很容易实现,但在实际应用中几乎不可用。

而现在公布的这个氢水合物虽然含氢量少了一些,但是却可以在更低的压力下存在。

氢水合物的晶体结构在很大程度上取决于压力。它在低压下具有大空腔,类似于中国的灯笼,每个灯笼可容纳若干个氢分子。随着压力的增加,结构变得更致密,更多的氢分子堆积在晶体结构中,虽然它们的自由度大大降低。

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