氢的安全储存和利用是一个正在进行的研究领域，显示出使氢成为有效燃料的潜力，取代目前的碳基来源。由于氢的低密度和低沸点，氢的储存伴随着高能量成本，这进一步导致了高价格。笼形物(气体水合物)是水基(冰状)结构，在由氢键水分子形成的笼中结合了小的非极性化合物，例如H₂。由于只需要水来构建笼，笼形包合物已被确定为安全储存氢的潜在解决方案。在大体积中，纯氢笼形化合物(H₂O-H₂)只能在苛刻的条件下形成，但是限制在纳米空间中水的性质被改变，使得在温和的压力和温度下储存氢成为可能。

近日，安特卫普大学Pegie Cool提出了疏水性介孔二氧化硅作为主体材料，为冰状笼形水合物提供了合适的纳米限域。

文章要点

1）与纯 H₂O-H₂ 系统相比，混合二氧化硅材料显示笼状物形成所需的压力显著降低（约 20%）。

2）原位非弹性中子散射 (INS) 和中子衍射 (ND) 为氢与混合材料复杂表面的相互作用提供了独特的见解，并证明了纳米限域氢笼状水合物的稳定性。

这项研究可以为设计和合成能够在可承受的条件下（同时在多个位置）储存足够氢并用于不同应用的新型混合材料铺平道路。

参考文献

Ciocarlan, RG., Farrando-Perez, J., Arenas-Esteban, D. et al. Tuneable mesoporous silica material for hydrogen storage application via nano-confined clathrate hydrate construction. Nat Commun 15, 8697 (2024).

DOI：10.1038/s41467-024-52893-3

https://doi.org/10.1038/s41467-024-52893-3