氢气是一种清洁的能源，因此研究高效的储氢材料具有重要的科学与生产意义。在前沿学术探索中，人们先后曾探究使用多孔材料(如粉末炭、MOF等)来储氢，但是这种方式往往需要低温或者高压，不利于技术的推广，人们急需开发出全新机理的储氢材料。

片状的材料

基于有机小分子化合物的“储氢”性能得到了人们的关注。这些物质是以相应的氢化物的形式来“存储”氢气，也就是说，氢气是以化学键的形式与储氢物质结合，有着较高的稳定性，储氢效率可以达到2-6wt%，但是这些物质往往都是液体，在实际使用中不可避免地面临着毒性、易燃性、挥发性等缺陷。

来自日本早稻田大学应用化学系的Nishide课题组创造性地使用了一种高分子聚合物，并将其开发成片状材料来使用，这种聚合物可以在电/有机催化作用下不断地将水转变为氢气。

神奇分子在哪里?

要想让高分子材料有着变水为氢的能力，合理的分子设计一定必不可少。研究者使用的聚合物材料为三维交联结构，其中官能团芴醇(fluorenol)与芴酮(fluorenone)的可逆转化是关键。

结构图

▲图c为单体与聚合物的结构;图b是fluorenol与fluorenone的转化伴随着氢气的生成。简单地来说，酮结构在电还原的作用下生成双阴离子结构，该结构与体系中的水反应生成相应的醇，该醇在有机催化剂作用下又被氧化为酮，同时生成氢气。并循环这个过程。

从机理到材料

研究者使用了大量的实验来证明体系中芴醇(fluorenol)与芴酮(fluorenone)的转化是生成氢气的关键。使用小分子模型化合物。可以充分证明在-1.5V的电压下，电还原效率可以几乎达到定量。使用同位素化合物的气相色谱也证明了氢气的产生。

▲在核磁信号中观察到了质子交换过程

交换过程

研究者将其开发成片状的材料，如果将其与水、有机催化剂封装在一起，并施以加热和电还原，可以明显看到氢气将封装带鼓起。

当然，目前该材料也有着不足，比如电还原重复次数仅几十次左右，另外工作温度稍高(80℃),离实际应用的使用要求还有一定的差距。不过，这种概念的有效性依然让业界惊叹不已。