钠修饰 Ennea-Graphene：一种用于高容量储氢的新型二维碳同素异形体

开发安全、高效且可逆的储氢材料对于推进氢基能源技术和实现碳中和目标至关重要。通过密度泛函理论（DFT）计算，引入了 Ennea-Graphene，这是一种由 4 元、5 元、6 元及主要为 9 元碳环（九边形）构成的新型二维碳同素异形体。声子色散和从头算分子动力学表明，该单层在 300 K 下具有力学和动力学稳定性，因为没有检测到虚频。该原始体系还表现出类金属的电子行为。该材料表现出高的面内刚度（杨氏模量为 255 N/m）。九边形环中心的钠吸附在能量上是有利的，结合能约为 -1.56 eV，从而形成 Na@Ennea-Graphene 复合物。计算得到的 H2 吸附能在 -0.15 eV 到 -0.18 eV 之间。钠修饰结构表现出优异的储氢性能，每个 Na 原子可逆吸附多达四个 H2 分子（8.8 wt\% H2）。该容量超过了美国能源部 2025 年车载储氢材料的目标。吸附的 H2 保持分子状态（H-H 键为 0.76~\AA），并可在近环境条件下释放，这一点已通过 300 K 从头算分子动力学模拟得到验证。这些发现将钠修饰 Ennea-Graphene 定位为下一代储氢技术中极具前景的纳米材料。