尽管化石燃料曾是工业发展的跳板，但现在它已成为一个需要克服的问题，其特别高的温室气体排放加剧了全球变暖 [[1], [2], [3]]。然而，依赖化石燃料所引发的环境问题似乎正在氢这一未来能源中找到解决方案 [4,5]。该元素因其燃烧特性而备受瞩目，包括低残留、高能量密度，以及能够利用多种技术生产，如甲烷重整、生物质气化，以及作为一种更环保的技术，利用太阳能和风能进行水电解。水电解已被公认为能够显著减少氢气生产过程中产生的碳排放的方法，因此目前具有最具前瞻性的发展前景 [6,7]。然而，氢作为能源载体的发展只有在开发出满足不同工业和交通部门期望的储存方法后才能成为现实。二维材料本身充满前景的特性，以及它们能够促成增强储氢容量和安全性的新方法 [8,9]，可被视为增加其在向清洁/可持续能源未来过渡中产生重要影响机会的因素。
在推荐用于应对实现清洁和可持续能源系统挑战的方法中，固态储氢已被认为是最可行的选项之一。创建固态储氢机制的过程基于在分子氢和所选材料之间建立牢固的相互作用，其效率源于研究人员所选材料组合的特定特性 [[10], [11], [12]]。为了使任何特定的固态储氢平台达到最大效率，吸附能必须落在 -0.1 到 -0.6 eV 的范围内 [13]。大约每个 H2 为 -0.20 eV 的理想情景 [14] 将在物理和化学吸附/脱附之间产生理想的平衡，以实现有效的氢储存/释放速率。在此水平下储存的氢将保持 5.5 wt% 的值，并在相对温和的条件下可用，例如在 -40°C 到 60°C 之间 [15]。因此，固态储氢机制可应用于各种类型的工业和环境设置。一系列在新型先进材料（包括掺杂轻金属和超多孔碳纳米结构）以及先进分子模拟方面的最新进展，为这项技术提供了创新机会的新时代 [16]。由于固态储氢系统提供的固有优势，即增加稳定性、安全性和性能，这项技术已逐渐被公认为未来能源系统中氢利用的关键。
二维 (2D) 材料在储氢目的方面展现出巨大的前景。向这些材料中添加碱金属，特别是锂 (Li)，可改善氢的储存 [[17], [18], [19]]。当前的多项研究既包括理论也包括实验方面，都证明了这一点是正确的，展示了锂由于其低质量而以良好的能量水平吸附氢的能力，使得这种涂层非常适合大量氢的固态和轻质储存 [[20], [21], [22], [23]]。
最近实验合成了多种具有独特孔结构的二维碳结构。例如，通过表面聚合成成了由周期性排列的 4-、6- 和 8-元环组成的原子薄双联苯烯结构 [24]。此外，还合成了掺入 4- 和 8-元环的石墨烯纳米带 [25]。石墨二炔和石墨炔等碳同素异形体也创造了纳米多孔结构。纳米多孔碳材料是用于能源储存的有前景的候选者：例如，还原氧化石墨烯层中的镁纳米晶体展示了 6.5 wt.% 的氢储存效率 [26]。此外，石墨烯和石墨烯基化合物已在电池和催化反应中得到积极研究 [[27], [28], [29]]。因此，理论上研究高有序纳米多孔碳框架是非常相关的。
研究人员利用密度泛函理论研究了锂原子用于储氢的程度。Zhang 等人进行的 DFT 研究使用了多孔石墨炔 (HGY) 材料，并在 HGY 材料表面使用锂原子，表明该材料可容纳高达 12.8 wt% 的氢 [30]。DFT 研究还显示，由于强烈的 Kubas 型相互作用，一个锂原子可以一次容纳多达 16 个氢分子。Vikram 等人进行了对 PAI-石墨炔进行理想化锂功能化的首次研究，产生了 15.7 wt% 的卓越储氢容量 [31]。研究发现，围绕 PAI-石墨炔结构的 8 个锂原子中的每一个最多可容纳 4 个 H? 分子。对锂修饰二维石墨炔结构进行的各项研究也显示，这些材料总共可以吸附 24 个 H? 分子，相应的吸附能为 -0.19 eV/H?，整体储存能力为 13 wt%，正如 Xu 等人所发现的 [32]。在 Zhang 和 Guo 的另一项独立研究中，考察了 Irida-石墨炔材料，并产生了 7.06 wt% 的氢储存容量，每个氢分子的吸附能为 -0.276 eV [33]。这些研究的综合结果表明，锂功能化的石墨炔材料在固态储氢应用开发方面前景广阔。
我们研究的目标是确定具有锂功能化的单层网格石墨烯 (SLNG) 的储氢特性，旨在增强 SLNG 中的储氢容量。我们的研究结果表明，锂功能化为 SLNG 提供了储氢容量，最终重量百分比为 8.91%，超过了美国能源部设定的 5.5% 重量百分比目标。此外，一个锂原子有能力捕获最多五个氢分子。根据这些信息，显然锂功能化提供了一种增强 H? 储存容量的替代方法。因此，显然锂功能化网格石墨烯已被确定为一种合适的二维材料，以填补未来能源储存的空白。因此，锂功能化网格石墨烯已被确定为实现未来能源储存领域的最佳二维材料。
