新方法将高密度甲烷储存在石墨烯涂层纳米多孔碳中

盖世汽车讯 甲烷（CH4）是地球上最丰富的天然气之一，至今仍被广泛用于为各种建筑物供电以及某些类型的车辆提供燃料。尽管甲烷用途广泛，但安全储存和运输这种气体仍然具有挑战性，因为它极易燃烧，需要在约25兆帕（MPa）的高压下压缩。

图片来源：期刊 《Nature Energy》

现有的大多数高压储存CH4的解决方案依赖于昂贵的设备和基础设施，例如加固罐、专用阀门和先进的安全系统。此外，这些设备的损坏或故障导致气体泄漏，可能引发爆炸、火灾和其他严重事故。

因此，一些研究人员一直在尝试设计更安全、更经济的甲烷储存和运输替代策略。最近提出的一种方法被称为吸附天然气（ANG），它需要使用纳米多孔材料，这种固体材料含有微小孔隙，可以在中等压力下捕获气体分子。

尽管ANG方法前景光明，但许多方法被发现并不可靠，因为即使温度略有升高，也可能导致甲烷从材料中释放到周围环境中。这意味着部分储存的气体很容易流失，同时还可能引发火灾或爆炸。

据外媒报道，信州大学（Shinshu University）、摩根先进材料公司（Morgan Advanced Materials）和其他机构的研究人员最近提出了一种利用石墨烯涂层多孔碳材料来储存甲烷的全新策略，这种方法前景光明。发表在《Nature Energy》期刊上的一篇论文概述了这种新方法，该方法能够在常温常压下安全储存甲烷，同时还能减少温度升高时甲烷分子的释放。

Shuwen Wang、Fernando Vallejos-Burgos及其同事在论文中写道：“甲烷的储存和运输仍然具有挑战性，因为它无法在常温下液化，而必须以高压（约25兆帕）压缩气体的形式储存。”

或者，也可以将其储存在纳米多孔材料中，并在中等压力（例如3.5 MPa）下进行，但这种“吸附天然气”方法可能会在温度略有升高的情况下发生大量解吸。因此，这两种方法都需要额外的安全措施。

这项最新研究的主要目标是利用石墨烯涂层和多孔碳基材料来克服现有甲烷储存方案的局限性。这些材料可以在高压下捕获甲烷分子，即使在环境压力和低于318K的温度下也能将其保留。

Wang、Vallejos-Burgos及其同事写道：“我们的数据表明，石墨烯可以充当一种热控锁，阻塞或激活毛孔，从而捕获或释放甲烷，使其在298 K时达到19.9 MPa的压力等效负载，并在加热至473 K时释放。由此产生的可逆甲烷体积容量达到142 v/v，考虑到容器空间利用率，超过了3.5 MPa和298 K时各种吸附天然气材料。”

Wang、Vallejos-Burgos及其同事的初步研究结果凸显了他们提出的甲烷储存策略的潜力，表明它可能比目前使用的其他方法更有效、更安全。在进一步的测试验证后，这项新策略可以在实际环境中部署，从而显著降低运输这种广泛使用的燃料所带来的风险和困难。