能源危机和环境问题使得氢能源成为可再生能源的热点研究领域之一。而氢能源技术的瓶颈在于氢的储存。在自然界中，氢分子以两种方式与物质之间发生相互作用：分子吸附（范德瓦尔斯作用）和原子吸附（化学作用）。前者因相互作用太弱而影响储氢的稳定性和重量百分比。而后者，由于物质表面电荷转移到氢分子的反健轨道上，氢分子分解成原子而与物质发生化学作用，这种强的健合作用严重影响了氢释放的动力学特性。因此，为了平衡热力学和动力学，人们所需要的既不是自由状态的分子氢，也不是束缚态的原子氢。氢分子应以准分子的形式被吸附。为了实现准分子态储氢，目前人们普遍采用的方法是将金属原子引入衬底材料中，这些金属原子应满足两个基本条件：离散分布和未饱和配位。然而在材料的制备过程中很难控制金属原子的聚集，并且未饱和配位的金属原子点也很容易被环境中的其它气体分子或原子所占据， 从而严重影响了材料的储氢特性。为了克服这些困难， 孙强">孙强教授研究组与其合作者们提出采用外加电场的方法来诱导储氢。在外加电场中氢分子和衬底材料被极化，所产生的诱导偶极相互作用为氢分子的吸附提供了物理基础。研究发现该方法具有以下优点： 第一，调节外加电场的强度和衬底材料的结构和成分可以控制氢分子吸附的热力学；第二，关闭外加电场可以很容易实现氢分子的快速释放；第三，不需要金属原子的参与从而避免了材料制备过程中所遇到的上述问题。《PNAS》的编辑高度评价道“This article has broad interest, advances the theoretical study in hydrogen storage significantly, and would be of particular interest to PNAS readership”, 并且在“In This Issue”专栏中编辑对该研究作了重点介绍。今年3月在旧金山召开的“第239届美国化学学会年会”上， 孙强">孙强教授应邀就电场诱导储氢专题作了45分钟的邀请报告。近年来 孙强">孙强教授研究组在储氢材料的研究方面取得了一系列的研究成果，产生了良好的国际国内影响。其研究“Functionalized heterofullerenes for hydrogen storage，Appl. Phys. Lett. 94, 013111 (2009)” 被美国物理学会新闻所报道 (APS News Vol 18, No. 5, 2009)。 孙强">孙强教授现任美国物理研究院(American Institute of Physics, AIP)主办的"再生能源学报”副主编(Journal of Renewable and Sustainable Energy),  任日本金属学会主办的“材料学报”(Materials Transactions)编委，任中国可再生能源学会氢能专业委员会理事。

 

电场诱导储氢