(PhysOrg.com) - Une vigne à l'échelle nanométrique avec des raisins à hydrogène pourrait un jour fournir le carburant préféré de votre voiture.

Des chercheurs de l'Université Rice ont déterminé qu'un réseau de carbyne décoré de calcium a le potentiel de stocker de l'hydrogène à des niveaux qui dépassent facilement les objectifs du ministère de l'Énergie (DOE) pour une utilisation comme carburant alternatif "vert" pour les véhicules.

L'essor des stratégies à l'échelle nanométrique pour le stockage de l'énergie a été spectaculaire ces dernières années, comme en témoignent les laboratoires du monde entier suggérant diverses façons d'utiliser les nanotubes et les rubans comme support. Mais ils ne pensent peut-être pas assez petit, selon une nouvelle recherche du laboratoire du physicien théoricien Boris Yakobson qui a été publiée la semaine dernière dans le journal en ligne Lettres nano . Yakobson est titulaire de la chaire d'ingénierie Karl F. Hasselmann de Rice et professeur de science des matériaux, de génie mécanique et de chimie.

Carbyne est une chaîne d'atomes de carbone; c'est ce que vous obtiendriez si vous pouviez tirer une ficelle d'une tranche de graphène de la même manière que vous tireriez un fil lâche d'un pull. "Une tige de carbone à un atome est aussi mince qu'elle puisse l'être, bien plus fin qu'un nanotube de carbone, " a déclaré Yakobson.

Carbyne est considéré comme un matériau exotique, mais des expériences récentes montrent qu'il peut être synthétisé et stabilisé à température ambiante, où le stockage est principalement d'intérêt. C'est important, Yakobson a dit, parce que d'autres matériaux nanométriques tels que les nanotubes de carbone, le graphène et même les buckyballs ne sont efficaces pour le stockage de l'hydrogène que dans des conditions trop froides.

C'est le calcium qui sert d'appât et rend possible le stockage à température ambiante du carbyne. Formée en treillis, le carbyne à lui seul pourrait théoriquement stocker environ 50 pour cent de son poids en hydrogène, bien au-dessus de l'objectif de capacité de 6,5% fixé par le DOE pour 2015. Mais la liaison faible ne pouvait fonctionner qu'à très basse température, dit Yakobson.

Ce n'est pas le cas avec le calcium ajouté. Il permet au réseau d'adsorber l'hydrogène avec une énergie de liaison favorable à une température ambiante efficace, stockage réversible. Parce que les atomes de calcium ne se regroupent pas, ils peuvent être répartis le long des brins de carbyne comme des raisins sur une vigne et lier jusqu'à six atomes d'hydrogène chacun; cela donnerait au réseau une capacité de stockage potentielle d'environ 8 pour cent de son poids.

Parce qu'un échafaudage de chaînes à un seul atome serait léger et aéré, l'hydrogène aurait plus de place pour s'agréger.

Yakobson et ses collègues ont suggéré plusieurs stratégies évolutives pour le stockage pratique de l'hydrogène. Dans un cadre qui ressemble aux cadres organiques métalliques récemment étudiés par le laboratoire de Yakobson, un réseau en forme de diamant permettrait à cinq atomes d'hydrogène d'être adsorbés sur chaque atome de calcium; le nombre d'atomes de carbone dans chaque brin déterminerait la capacité totale.

Dans l'autre, ils ont suggéré de tirer des brins d'atomes décorés de calcium du graphène, qui servirait de cadre pour le tableau.

Yakobson a déclaré qu'il est difficile d'estimer quand l'un ou l'autre de ceux-ci ou une autre réalisation pourrait se produire. "Mais je suis optimiste. A partir de ce concept théorique, et basé sur des preuves expérimentales de la synthèse du carbyne et de l'expérience avec les architectures à ossature métallique organique, cela peut prendre deux à trois ans pour produire des réseaux de carbone et, dire, un à deux ans pour peaufiner l'enrichissement en calcium pour obtenir un matériau ayant une bonne capacité en hydrogène, " dit-il. " Donc dans trois à cinq ans, on peut avoir un échantillon industriel puis passer à l'échelle, c'est-à-dire avec un travail intense et un peu de chance."