n GRØN OMSTILLING Hydrogen - fremtidens grundstof Forskning i unikke hydrogenholdige forbindelser kan føre til nye teknologiske fremskridt inden for forskelligartede områder som hydrogenopbevaring, nye typer af faststof-batterier og højtemperatur superledere. Af Torben R. Jensen, Det Interdisciplinære Nanoscience center (iNANO) og Institut for Kemi, Aarhus Universitet Hydrogen er det mest simple grundstof, men nok også dét der kan danne flest forskellige typer af kemiske bindinger, og hydrogen danner kemiske forbindel - ser med næsten alle andre grundstoffer. Det seneste i rækken af nye typer af bindinger er et penta-dihydrogen cluster med hexa-hydrogen bindinger, som bliver diskuteret nedenfor [1]. Det giver inspiration til at udvikle nye faste stof - fer med et højt hydrogenindhold, som måske kan finde anvendelser inden for opbevaring af vedvarende energi i form af hydrogen. Senest har det vist sig, at forbindelser med et ekstremt højt hydro - A B C Figur 1. A) Den ”tomme” nanoporøse struktur af γ− Mg(BH 4 ) 2 . Strukturen indeholder både store (~9 Å) og små kanaler (~5.8 Å). B) Penta-dihydrogen-enhed i strukturen af γ− Mg(BH 4 ) 2 ⋅ 2,33H 2 . C) Hydrogenmolekylerne på position D22 danner retningsbestemte hexa-hydrogen bindinger, (B − H δ− ) 2 ⋅⋅⋅ H − H ⋅⋅⋅ (H δ− − B) 2 med delvist negativt ladet hydrogen i gitterstrukturen. Figur A og B er baseret på resultater fra neutrondiffraktion, hvorimod figur C er beregnet med DFT-metoder. Bor er grøn og BH 4 − er vist som tetraedere i figur A og B. Hydrogen er hvid og magnesium er vist som større grå kugler. Dihydrogenmolekyler på position D11 er vist som røde kugler og på position D22 som violette kugler i figur B, og med hydrogenatomer angivet i figur C. genindhold kan fremstilles under højt tryk, kaldet ”superhydrider”. Nogen af disse forbindelser har unikke egenska - ber såsom højtemperatur superledning. Nye forskningsresultater fra de seneste år har vist, at hydrider kan have meget høj ionledningsevne også for divalente kationer, såsom Mg 2+ og Ca 2+ . Det har kastet nyt lys over mulighederne for at lave faststof magnesium og calciumbat - terier, da ionledningsevnen er exceptio - nelt høj. Hydrogen adsorberet i et nano-porøst metalborhydrid Magnesium tetrahydridoborat kendes på syv forskellige krystallinske former, og én af dem, γ− Mg(BH 4 ) 2 , er nano- porøs med cirka 30 procent åbent rum i det faste stof. Denne polymorf blev opdaget i 2010 på Institut for Kemi ved Aarhus Universitet og blev strukturelt undersøgt. Strukturen indeholder et 3-dimensionelt net af kanaler med en porediameter på ~9 Å og mindre åbnin- ger på ~5.8 Å, som sætter forbindelsen i stand til at adsorbere mindre molekyler såsom dichlormethan (CH 2 Cl 2 ), nitrogen (N 2 ) og hydrogen (H 2 ). Det porøse stof, γ− Mg(BH 4 ) 2 , udmærker sig ved at have en delvist negativ indre overflade dannet af B − H δ− − Mg bindinger. Tidligere undersøgelser har ikke lykkedes med at lokalisere dihydrogen - molekyler med røntgenstråling, så det blev antaget, at det adsorberes på samme positioner som nitrogen, da de to mole- kyler har næsten samme størrelse (den kinetiske diameter er hhv. d (H 2 /D 2 ) = 2.89 Å og d (N 2 ) = 3.64 Å). En nitrogen- og hydrogengas-adsorptionsmåling i det porøse stof, γ− Mg(BH 4 ) 2 , gav overra- skende nok meget forskellige resultater og antydede, at der var noget ”galt”. Det udregnede Brunauer-Emmett-Teller (BET) specifikke overfladeareal for γ− Mg(BH 4 ) 2 bestemt fra en N 2 isotherm 12 Dansk Kemi, 105, nr. 2, 2024 -
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Dansk Kemi her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her