每种生物都需要呼吸。但是，你知道吗，有些金属也能呼吸，这些金属能吸入和呼出氢气。

金属是怎样呼吸的？这种会呼吸的金属有什么用处吗？

随着社会的发展和人口的增长，能源的消耗日益增大，我们生存的地球已不堪重负（见图40-1）。目前世界上使用最多的是传统能源（如石油、煤炭、天然气等），它们的储量是有限的，按照目前的开采速度，石油、煤炭等主要能源将在未来数十年内枯竭，而且这些能源在使用过程中还存在着环境污染问题，例如温室效应、酸雨等严重威胁着地球上动植物的生存。

图40-1 不堪重负的地球

面对能源危机与环境问题，人类的出路何在？寻找绿色新能源势在必行！

在这种情况下，氢作为一种储量丰富、无公害的能源替代品而备受重视。

氢在燃烧后只生成水，这对环境保护极为有利。氢能源具有广阔的应用前景，但由于氢在一般条件下是以气态形式存在的，而且易燃、易爆，这就为其储存和运输带来了很大的困难。因此，如何妥善解决氢的储存和运输问题也就成为了开发氢能的关键。

储氢材料（见图40-2）作为氢的储存和输送过程中的重要载体，现已成为当今研究的重点课题之一。

储氢合金是一种新型合金，它在一定条件下能吸收氢气，一定条件下又可以放出氢气。虽然可将氢气储存于钢瓶中，但这种方法有一定危险，而且储氢量小（当氢气压力为15MPa时，一瓶氢气的重量尚不到钢瓶重量的1/100），使用也不方便。液态氢比气态氢的密度高许多倍，固然少占容器空间，但是氢气的液化温度是-253℃，为了使氢保持液态，还必须有极好的绝热保护，而绝热层的体积和重量往往与储存箱相当，如大型运载火箭使用液氢作为燃料，液氧作为氧化剂，其储存装置占去了整个火箭一半以上的空间。图40-3所示为液态氢存储装置。

图40-2 储氢材料

图40-3 液态氢存储装置

自20世纪60年代中期发现LaNi₅和FeTi等金属间化合物的可逆储氢作用以来，对储氢合金的研究及其应用得到了迅速发展。(www.daowen.com)

在通常状态下，金属中的原子都是按照一定的规律整齐地排列的，我们称之为晶体。在晶体内部的原子与原子之间存在着许多空隙，一些较小的原子，如氢、氧、氮、碳等，可以进入到这些空隙中，并在空隙之间运动，特别是氢原子，仅由一个质子和一个电子组成，是最小的原子，几乎可以进入各种金属的内部，如图40-4所示。

图40-4 金属吸氢过程示意图

储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的储氢方法。金属氢化物不仅具有储氢特性，而且具有将化学能与热能或机械能相互转化的机能。因此，储氢合金的众多应用已受到人们的特别关注。

人类最早发现的储氢材料是镍镁合金，接着镍镧合金、镍铁合金的储氢能力相继被发现。用储氢合金制作的飞机和汽车等交通工具的氢燃料发动机具有高的热效率及对环境无污染等优点。

1991年，日本的一家公司发现了碳纳米管可以吸附储氢。图40-5所示为碳纳米管示意图，图40-6所示为碳纳米管吸附氢的模拟图像。

图40-5 碳纳米管示意图

图40-6 碳纳米管吸附氢（红色）的模拟图像

利用碳纳米管这样的微孔材料物理吸附氢分子，因其在特定条件下对氢气具有良好、可逆的吸附性和脱附性而受到广泛重视。2008年，希腊大学的研究者设计出了由石墨烯片和碳纳米管组成的新型的3D储氢材料（见图40-7），它的储氢能力达到了6.0%（质量分数），别看这个数值不大，却是人类一个了不起的成就。预计不久，氢作为新型的清洁能源，将成为社会生活的一个重要支柱。

图40-7 新型3D储氢材料