氢经济已经上路?发现储存氢的新方法
《每日科学》报道(2009年11月25日) --- 卡内基研究院的科学家首次发现,能用高压制造一种可以储存氢的独特材料。这一发现为解决氢储存问题铺设了一条全新的道路。

这是一幅展示此种新材料Xe(H2)7的结构图。自由旋转的氢分子(红色哑铃状)周围的氙原子(黄色)。 (图像由《自然化学》提供)
研究人员发现,正常情况下不起化学反应的惰性气体氙(xenon)能在压力下与氢分子(H2)结合,形成某种前所未有的固体,具有非同寻常的化学聚合特点。这些实验是首次为形成稳定的化合物而将这些元素组合在一起。这一发现将导致一个新的材料家族登台亮相,将推动新型氢技术的发展。
该报告于2009年11月22日发表,但提前刊登在《自然化学》的在线刊物上。
氙具有一些非常有趣的特性,其中包括用于医学麻醉、生物组织保存,以及灯光照明。氙是一种惰性气体,这意味着它通常不会与其他元素产生化学反应。
本文的主要作者卡内基地球物理实验室的科学家马杜里·索马亚祖鲁(Maddury Somayazulu)解释说:“化学元素在高压下会改变它们的构造,这与电梯拥挤时乘客会调整自己的位置非常相似。我们把氙与氢按不同比例混合的气体注入金刚砧容器,然后加压。大约在相当于海平面(1个大气压)41,000倍的压力下,原子变成以氢为主导的晶格结构,不过氙电子对的结合并不密切,且层与层之间较为松散。当我们增大压力时,就像调谐收音机的音量,氙电子对之间的间距会起变化 --- 间距缩小到在致密的金属氙中观察到的程度。“
研究人员在不同压力下利用X射线衍射、红外和拉曼光谱对化合物进行成像。他们在观察该结构的氙部分时发现,当压力从41,000大气压调整到255,000时,氙与周围氢的相互作用会导致那种非比寻常的稳定和氙内部间隔的持续变化。
该化合物为什么会如此稳定?“我们对这种材料的结构和稳定性始料未及,” 利用单晶衍射技术观察在不同压力下电子密度变化的首席结晶学家佩泽梅克·德拉表示。随着来自氙原子的电子密度向周围氢分子扩散,化合物和氙电子对似乎趋于稳定。
“氙作为储存氢的材料过于笨重,而且代价不菲,”索马亚祖鲁说。“不过,通过了解它在此种条件下的规律,研究人员可以开发出更轻的替代品。”
“能开发出新的富氢化合物令人欣喜若狂,我们的兴趣不仅在单分子系统,而是因为这些发现可以为重要的新技术奠定基础”,地球物理实验室主任和研究报告的共同作者罗素·赫姆利这样评论。“这种富含氢的固体代表了开发新型贮氢化合物的新方向,同时由压力诱导的化学新方法打开了合成新型高能物质的大门。”