氢气越来越被视为对可持续的世界能源经济至关重要，因为它可以储存多余的可再生能源，使运输脱碳并作为零排放能源载体。然而，传统的高压或低温储存带来了重大的技术和工程挑战。

为了克服这些挑战，劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 和桑迪亚国家实验室的研究人员转向了金属氢化物，因为它们提供了特殊的能量密度，并且可以在相对温和的条件下可逆地释放和吸收氢。该研究作为热门论文和封底出现在Angewandte Chemie杂志上。

具有高容量和重量氢密度固态金属氢化物是有吸引力的替代品的气相氢存储。然而，许多高容量金属氢化物在初始释放后氢吸收热力学较差，这需要极端的氢压才能再生。这种限制通常与其亚稳态有关，并阻碍了它们的实际应用。

在最近的研究中，科学家们发现了一种缓解热力学限制的新方法。该团队专注于一种称为铝烷的典型亚稳态金属氢化物。Alane 或氢化铝的体积氢密度是液态氢的两倍。然而，长期以来人们认为将大块金属铝转化为铝烷是不可能的，除非在超过 6,900 个大气压的二氢 (H2) 压力的极端条件下。

该团队开发了一种纳米限制材料，具有改进的铝烷再生热力学。他们发现，位于高度多孔的联吡啶官能化共价三嗪骨架的纳米孔内的丙烷可以在仅 700 巴（690 个大气压）的 H2 压力下再生，这比其本体对应物所需的压力低十倍。这种压力在商业加氢站很容易实现，尽管需要进一步改进以实现快速加氢。

“这项工作为开发适用于现实世界储氢应用的复合材料铺平了道路，包括车载储氢，”该论文的共同第一作者、LLNL 材料科学家 Sichi Li 说。

通过结合复杂的光谱和显微实验，以及 Li 的第一性原理建模，他们发现了一种令人惊讶且非直观的稳定铝烷的机制。该机制涉及形成内在稳定的自由基和微小的铝烷簇，它们与限制框架的纳米孔发生化学相互作用，从而产生与本体材料完全不同的热力学。

“纳米限制是一种非常有趣的稳定亚稳态储氢材料的方法，特别是考虑到潜在宿主材料的广泛选择，”LLNL 材料科学家和共同作者布兰登伍德说，他领导 LLNL 材料储氢团队。“除了储氢，这项工作还可能对调整其他能源产生和储存材料的特性产生影响，包括电池和催化剂。”

其他 LLNL 合著者包括 Maxwell Marple 和 Harris Mason。