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라이스 대학(Rice University)의 연구진은 붕소 질화물의 나노튜브 기둥에서 그래핀 층을 분리하는데 성공했다. 이 그래핀 층은 자동차 속의 수소 연료를 저장하는데 유용한 재료이다. 이번 연구진은 기둥 형태의 그래핀 구조가 얼마나 단단하고 탄력이 있는지를 컴퓨터 모델로서 증명했고, 그 후에 독특한 3 차원 구조를 가진 그래핀과 질화붕소 나노튜브를 결합시켰다. 질화붕소 속의 기둥들은 수소 원자들을 저장하기 위한 공간을 만든다. 그러나 어려운 점은 효율적인 숫자의 수소 원자들이 들어가서 머물 수 있다가 필요할 때 배출시키는 것이다. 이번 연구진은 분자 역학 시뮬레이션을 이용해서 기둥 형태의 그래핀 또는 기둥 형태의 질화붕소 그래핀이 대기조건 하에서 우수한 재활용 특성과 큰 표면적(약 2,547 m2/g)을 가진다는 것을 발견했다. 이번 연구진은 산소로 도핑된 기둥형 질화붕소 구조, 리튬으로 도핑된 기둥형 질화붕소 구조, 산소로 도핑된 기둥형 질화붕소 그래핀, 리튬으로 도핑된 기둥형 질화붕소 그래핀을 만들었다. 상온과 대기압에서, 산소로 도핑된 질화붕소 그래핀은 최고의 수소 보유량(무게의 11.6%)을 가졌다. 이 재료를 -321 ℉로 냉각시킬 때, 무게의 14.77 %에 수소를 저장할 수 있었다. 이번 연구진은 약한 반데르발스 힘 때문에 수소 원자들이 도핑되지 않은 기둥형 질화붕소 그래핀에 흡수된다는 것을 발견했다. 이 재료를 산소로 도핑할 때, 원자들은 하이브리드로 강하게 결합되고 인입 수소를 위한 더 우수한 표면을 제공한다. 이번 연구진은 재료의 표면적과 무게 사이의 이상적인 조건과 적절한 작동 온도 및 압력을 알기 위해서 노력하고 있다. 이번 연구진은 전산 모델링을 통해서 많은 변수들을 매우 빠르게 조사할 수 있었는데, 이것은 수 일 내에 실험결과를 도출할 수 있게 했다. 수소를 저장할 수 있는 방법은 많지만, 나노구조에 수소 원자들을 포집하는 이런 방식은 많은 수소를 저장할 수 있고, 원할 때 쉽게 배출할 수 있기 때문에 향후에 큰 각광을 받을 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Langmuir에 ldquo;Oxygen and Lithium Doped Hybrid Boron-Nitride/Carbon Networks for Hydrogen Storage rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acs.langmuir.6b02997). |
