奈米摺紙，石墨烯盒子成為氫燃料電池新希望

先前《科技新報》報導 1 美元摺紙顯微鏡，無獨有偶的，摺紙概念也應用在奈米層級，要打造便宜又有效率的新型氫容器。話說氫燃料電池的發展關鍵之一，就是如何儲存氫，美國能源部就認為氫的儲存技術相當重要，訂下發展時程，計畫要在 2017 年，開發出可以攜帶總重量 5.5% 氫的容器

，到 2020 年，則重量比要提升到 7.5%。一個容器裡頭只有 5.5% 重量是氫，會不會太少？這一方面是因為氫的重量很輕，一方面是為了安全因素增加了很多額外重量，因此現有的氫儲存方式，可說非常沒有效率。

馬里蘭大學的李騰教授及其研究團隊，卻輕鬆地打破了2020年的目標，是怎麼做到的？關鍵就在於先前提過的摺紙概念。概念其實很簡單，我們都有拿廣告紙摺成紙盒來裝東西的經驗，研究團隊就是用奈米摺紙盒來裝氫原子。

不過，研究團隊摺的不是紙，而是地球上最薄的摺紙材料石墨烯，這是奈米層級的摺紙，當然也不可能用手摺，而是讓它自己摺起來，還能自己打開。

整個過程稱之為「氫協助下的石墨烯摺紙」（hydrogenation-assisted graphene origami ，HAGO），原理是這樣的，石墨烯是一片極薄的碳原子片，研究團隊先把石墨烯裁成可摺成紙盒的形狀，當氫原子附著在石墨烯上頭，會產生靜電引力，讓石墨烯自己摺成盒子狀，把氫原子包在裡頭。

 

 

而當需要取出氫原子的時候，就對盒子施以電場，抵銷天然的靜電，盒子就會自動打開，釋放出氫原子；只要電場關閉，石墨烯又會自動摺回去，這個過程可以重複無數次，結構仍然保持穩定，過去曾認為奈米碳管可成為高效率的輕容器，但由於結構不穩定，最後實際的表現只有 1%，這次石墨烯摺紙技術則沒有此種問題，而由於摺紙方式可容納更多氫原子，石墨烯本身又是輕量材料，因此重量比可達到 9.7%，遠遠超過了美國能源部訂下的未來目標。

小時候我們摺紙鶴，摺紙袋鼠，只為了好玩與打發時間，誰知道摺紙也可以是未來能源技術的關鍵呢？

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