静电驱动共价键合离子液体/碳纳米材料复合体系的高效储氢新策略

本研究针对氢能源存储的关键瓶颈问题，提出了一种基于离子液体(ILs)共价锚定石墨烯的纳米杂化材料设计策略。通过密度泛函理论(DFT)计算证实，该材料通过阴离子诱导的静电相互作用(H2分子结合能达?3 kcal/mol)，实现了9 wt%的储氢重量密度，为开发环境友好的新型储氢介质提供了理论依据。

　　

在全球能源转型背景下，氢能因其142 MJ/kg的高质量能量密度和零碳排放特性被视为化石燃料的理想替代品。然而，氢气的安全高效存储仍是制约其规模化应用的瓶颈。传统储氢技术如金属氢化物(chemisorption)需要高温解吸，而多孔材料(physisorption)又面临常温吸附量不足的困境。针对这一挑战，研究人员创新性地将室温离子液体(RTILs)与石墨烯结合，开发出兼具高稳定性和可控吸附性能的纳米杂化储氢材料。

研究团队采用密度泛函理论(DFT)结合Grimme色散校正方法，系统分析了氯化咪唑(ImCl)、胍盐(GuaCl)和吡咯烷(PyrCl)三类离子液体在石墨烯载体上的氢分子吸附机制。通过计算结合能和电子结构特征，揭示了阴离子诱导的静电相互作用是提升储氢性能的关键因素。

Results and discussion部分显示：

1. 分子层面吸附：Cl^?阴离子与H₂的离子-偶极相互作用产生?3 kcal/mol理想结合能，优于阳离子吸附效果。
2. 二聚体增强效应：ILs二聚体通过协同作用使H₂吸附量提升至6-8分子/单元。
3. 石墨烯复合体系：共价锚定使ILs/石墨烯结合能达?90至?50 kcal/mol，9 wt%储氢密度接近美国能源部(DOE)目标值。

Conclusions指出：该研究首次阐明静电驱动机制在ILs/碳材料复合体系中的核心作用，其?3 kcal/mol的结合能完美平衡了吸附强度与可逆释放需求。这种"离子液体设计+纳米载体"的策略为开发新一代储氢材料提供了普适性框架，相关成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。

研究的重要意义在于：

1. 理论层面揭示了阴离子诱导的静电相互作用(ion-induced dipole)对H₂吸附的决定性影响；
2. 材料层面实现了石墨烯载体与ILs的强共价结合(?90 kcal/mol)与高密度氢吸附的协同；
3. 应用层面提出的"可逆物理吸附"方案避免了传统化学储氢的高能耗缺陷，为车载储氢等实际应用提供了新思路。

这项工作由V. Prathyusha、A. Anuradha等学者合作完成，依托BARC（巴巴原子研究中心）的高性能计算平台，其创新性设计为氢能产业链中的存储环节提供了突破性解决方案。