NaAlH₄作为氢和锂储存材料的实际应用引起了人们的广泛关注。然而，用于破坏NaAlH₄的Al-H键的高能垒仍然是一个关键挑战。在这里，我们报告石墨烯可以作为一个有效的平台，通过其有利的分子相互作用来定制NaAlH₄的金属-氢键。理论和实验结果证实，石墨烯能够弱化NaAlH₄中的Al-H键，以促进Al-H键的断裂和重组，从而达到增强的氢和锂储存性能。此外，由于这种有利的相互作用，通过容易的溶剂蒸发诱导沉积方法和可调节的负载和分布，开发了由均匀的NaAlH₄纳米颗粒组成的稳健纳米结构，其平均尺寸为~12 nm，包封在石墨烯纳米片中。石墨烯和NaAlH₄之间有利的分子相互作用的协同效应和粒径的显著降低显着提高了NaAlH₄的氢和锂储存性能。该方法为定制金属氢化物的分子键提供了新的途径，以用于各种领域的新应用。

Figure 1. （a）SAH@G-50合成的示意图；（b）石墨烯上NaAlH₄和（c）石墨烯上(NaAlH₄)₆电子密度的等值面。


Figure 2. SAH@G-50的（a,b）FE-SEM图像、（c）TEM图像和（d,e,f）STEM图像；（g）元素映射，相应（h）Na、（i）Al和（j）C的元素映射图；以及（k）SAH@G-50复合物的EDX光谱图。



Figure 3. 与原始NaAlH₄和石墨烯相比较，所制备的SAH@G-50的（a）PXRD图和（b）FTIR光谱图；（c）有和（d）没有石墨烯的存在，从NaAlH₄中除去氢所需的能量。


Figure 4. 与块状NaAlH₄、NaAlH₄和石墨烯（NaAlH₄/G）的球磨复合物相比，制备的SAH@G-50的（a）质谱和（b）热重分析曲线；（c）与NaAlH₄、球磨的NaAlH₄/G复合材料相比，在不同温度下SAH@G-50的等温脱氢；（d）在160℃下，SAH@G-50脱氢40分钟后和球磨过的NaAlH₄/G复合物脱氢100分钟后的XRD图谱。


Figure 5. （a）在160℃下，与球磨的NaAlH₄/G复合材料相比，SAH@G-50的可逆脱氢；（b）与球磨的NaAlH₄/G复合材料相比，所制备的SAH@G-50的循环容量；（c）160℃下，氢化20个循环后的SAH@G-50和氢化3个循环后的球磨NaAlH₄/G复合材料的XRD图谱；20个氢储存循环后SAH@G-50的（d）FE-SEM和（e）STEM图像。


Figure 6. （a）SAH@G-50和（b）块状NaAlH₄电极前3个循环的代表性CV曲线，扫描速率为0.1 mV/s；（c）在100 mA/g和500 mA/g的电流密度下，比较SAH@G-50与块状NaAlH₄的比容量；（d）SAH@G-50电极的倍率性能，块状NaAlH₄电极用于比较。
        相关研究成果于2019年由复旦大学夏广林和余学斌课题组，发表在Energy Storage Materials（2019, 17, 178–185）上。原文：Graphene-tailored molecular bonds for advanced hydrogen and lithium storage performance。