Abstract
Hydrogen storage material has been much developed recently because of its potential for proton exchange membrane (PEM) fuel cell applications. A successful solid-state reversible storage material should meet the requirements of high storage capacity, suitable thermodynamic properties, and fast adsorption and desorption kinetics. Complex hydrides, including boron hydride and alanate, ammonia borane, metal organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs) and zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs), are remarkable hydrogen storage materials because of their advantages of high energy density and safety. This feature article focuses mainly on the thermodynamics and kinetics of these hydrogen storage materials in the past few years.
Similar content being viewed by others
References
J. Graetz, Chem. Soc. Rev., 2009, 38(1): 73
S. Satyapal, J. Petrovic, C. Read, G. Thomas, and G. Ordaz, Catal. Today, 2007, 120(3–4): 246
P. Chen and M. Zhu, Mater. Today, 2008, 11(12): 36
L. Schlapbach and A. Züttel, Nature, 2001, 414(6861): 353
J. Yang, A. Sudik, C. Wolverton, and D. J. Siegel, Chem. Soc. Rev., 2010, 39(2): 656
B. Bogdanović and M. Schwickardi, J. Alloy. Comp., 1997, 253–254(1–2): 1
J. A. Dilts and E. C. Ashby, Inorg. Chem., 1972, 11(6): 1230
S. S. Liu, L. X. Sun, Y. Zhang, F. Xu, J. Zhang, H. L. Chu, M. Q. Fan, T. Zhang, X. Y. Song, and J. P. Grolier, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(19): 8079
J. R. Ares, K. F. Aguey-Zinsou, M. Porcu, J. M. Sykes, M. Dornheim, T. Klassen, and R. Bormann, Mater. Res. Bull., 2008, 43(5): 1263
R. A. Varin and L. Zbroniec, J. Alloy. Comp., 2010, 504(1): 89
A. Andreasen, T. Vegge, and A. S. Pedersen, J. Solid State Chem., 2005, 178(12): 3672
V. P. Balema, J. W. Wiench, K. W. Dennis, M. Pruski, and V. K. Pecharsky, J. Alloy. Comp., 2001, 329(1–2): 108
J. Chen, N. Kuriyama, Q. Xu, H. T. Takeshita, and T. Sakai, J. Phys. Chem. B, 2001, 105(45): 11214
M. Resan, M. D. Hampton, J. K. Lomness, and D. K. Slattery, Int. J. Hydrogen Energy, 2005, 30(13–14): 1417
M. Resan, M. D. Hampton, J. K. Lomness, and D. K. Slattery, Int. J. Hydrogen Energy, 2005, 30(13–14): 1413
X. P. Zheng, X. H. Qu, I. S. Humail, P. Li, and G. Q. Wang, Int. J. Hydrogen Energy, 2007, 32(9): 1141
H. W. Brinks, A. Fossdal, J. E. Fonneløp, and B. C. Hauback, J. Alloy. Comp., 2005, 397(1–2): 291
V. P. Balema, K. W. Dennis, and V. K. Pecharsky, Chem. Commun. (Camb.), 2000, (17): 1665
D. S. Easton, J. H. Schneibel, and S. A. Speakman, J. Alloy. Comp., 2005, 398(1–2): 245
D. Blanchard, H. W. Brinks, B. C. Hauback, and P. Norby, Mater. Sci. Eng. B, 2004, 108(1–2): 54
J. R. Ares, K. F. Aguey-Zinsou, M. Elsaesser, X. Z. Ma, M. Dornheim, T. Klassen, and R. Bormann, Int. J. Hydrogen Energy, 2007, 32(8): 1033
Y. Suttisawat, P. Rangsunvigit, B. Kitiyanan, N. Muangsin, and S. Kulprathipanja, Int. J. Hydrogen Energy, 2007, 32(9): 1277
T. Sun, C. K. Huang, H. Wang, L. X. Sun, and M. Zhu, Int. J. Hydrogen Energy, 2008, 33(21): 6216
L. H. Kumar, B. Viswanathan, and S. S. Murthy, Int. J. Hydrogen Energy, 2008, 33: 366
L. Zaluski, A. Zaluska, and J. O. Ström-Olsen, J. Alloy. Comp., 1999, 290(1–2): 71
F. H. Wang, Y. F. Liu, M. X. Gao, K. Luo, H. G. Pan, and Q. D. Wang, J. Phys. Chem. C, 2009, 113(18): 7978
A. W. Vittetoe, M. U. Niemann, S. S. Srinivasan, K. Mc-Grath, A. Kumar, D. Y. Goswami, E. K. Stefanakos, and S. Thomas, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(5): 2333
S. S. Liu, L. X. Sun, J. Zhang, Y. Zhang, F. Xu, Y. H. Xing, F. Li, J. J. Zhao, Y. Du, W. Y. Hu, and H. Q. Deng, Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35(15): 8122
S. Sartori, A. Léon, O. Zabara, J. Muller, M. Fichtner, and B. C. Hauback, J. Alloy. Comp., 2009, 476(1–2): 639
J. F. Mao, Z. P. Guo, H. K. Liu, and X. B. Yu, J. Alloy. Comp., 2009, 487(1–2): 434
J. F. Mao, X. B. Yu, Z. P. Guo, C. K. Poh, H. K. Liu, Z. Wu, and J. Ni, J. Phys. Chem. C, 2009, 113(24): 10813
J. Wang, A. D. Ebner, and J. A. Ritter, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(17): 5949
J. Graetz, J. Wegrzyn, and J. J. Reilly, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(52): 17790
X. F. Liu, G. S. McGrady, H. W. Langmi, and C. M. Jensen, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131(14): 5032
S. Orimo, Y. Nakamori, G. Kitahara, K. Miwa, N. Ohba, S. Towata, and A. Züttel, J. Alloy. Comp., 2005, 404–406: 427
Z. Z. Fang, P. Wang, T. E. Rufford, X. D. Kang, G. Q. Lu, and H. M. Cheng, Acta Mater., 2008, 56(20): 6257
N. Brun, R. Janot, C. Sanchez, H. Deleuze, C. Gervais, M. Morcrette, and R. Backov Energy, Environ. Sci., 2010, 3: 824
A. F. Gross, J. J. Vajo, S. L. V. Atta, and G. L. Olson, J. Phys. Chem. C, 2008, 112(14): 5651
P. Ngene, P. Adelhelm, A. M. Beale, K. P. de Jong, and P. E. de Jongh, J. Phys. Chem. C, 2010, 114(13): 6163
F. W. Dafert and R. Miklauz, Monatsh. Chem., 1910, 31(9): 981
R. Juza and K. Opp, Z. Anorg. Allg. Chem., 1951, 266(6): 313
P. Chen, Z. T. Xiong, J. Z. Luo, J. Y. Lin, and K. L. Tan, Nature, 2002, 420(6913): 302
T. Ichikawa, N. Hanada, S. Isobe, H. Y. Leng, and H. Fujii, J. Phys. Chem. B, 2004, 108(23): 7887
P. Chen, Z. T. Xiong, J. Z. Luo, J. Y. Lin, and K. L. Tan, J. Phys. Chem. B, 2003, 107(39): 10967
T. Ichikawa, S. Isobe, N. Hanada, and H. Fujii, J. Alloy. Comp., 2004, 365(1–2): 271
S. Isobe, T. Ichikawa, S. Hino, and H. Fujii, J. Phys. Chem. B, 2005, 109(31): 14855
T. Hao, M. Matsuo, Y. Nakamori, and S. Orimo, J. Alloy. Comp., 2008, 458(1–2): L1
J. Z. Hu, J. H. Kwak, Z. G. Yang, W. Osborn, T. Markmaitree, and L. L. Shaw, J. Power Sources, 2008, 182(1): 278
H. Y. Leng, T. Ichikawa, S. Hino, and H. Fujii, J. Alloy. Comp., 2008, 463(1–2): 462
S. D. Beattie, H. W. Langmi, and G. S. McGrady, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(1): 376
R. A. Varin, M. Jang, and M. Polanski, J. Alloy. Comp., 2010, 491(1–2): 658
W. Osborn, T. Markmaitree, L. L. Shaw, J. Z. Hu, J. Kwak, and Z. G. Yang, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(10): 4331
W. Osborn, T. Markmaitree, L. L. Shaw, R. M. Ren, J. Z. Hu, J. H. Kwak, and Z. G. Yang, JOM, 2009, 61(4): 45
J. Z. Hu, J. H. Kwak, Z. Yang,W. Osborn, T. Markmaitree, and L. L. Shaw, J. Power Sources, 2008, 181(1): 116
W. Osborn, T. Markmaitree, and L. L. Shaw, Nanotechnology, 2009, 20(20): 204082
A. Blomqvist, C. M. Araujo, R. H. Scheicher, P. Srepusharawoot, W. Li, P. Chen, and R. Ahuja, Phys. Rev. B, 2010, 82(2): 024304
L. P. Ma, H. B. Dai, Z. Z. Fang, X. D. Kang, Y. Liang, P. J. Wang, P. Wang, and H. M. Cheng, J. Phys. Chem. C, 2009, 113(22): 9944
L. P. Ma, Z. Z. Fang, H. B. Dai, X. D. Kang, Y. Liang, P. J. Wang, P. Wang, and H. M. Cheng, J. Mater. Res., 2009, 24(6): 1936
H. Liu, Y. H. Zhang, and S. P. Huang, Chin. J. Chem. Phys., 2010, 23(1): 5
J. Lu, Y. J. Choi, Z. Z. Fang, and H. Y. Sohn, J. Power Sources, 2010, 195(7): 1992
T. Markmaitree and L. L. Shaw, J. Power Sources, 2010, 195(7): 1984
R. R. Shahi, T. P. Yadav, M. A. Shaz, and O. N. Srivastva, Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35(1): 238
M. Tsubota, S. Hino, H. Fujii, C. Oomatsu, M. Yamana, T. Ichikawa, and Y. Kojima, Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35(5): 2058
F. Dolci, E. Weidner, M. Hoelzel, T. Hansen, P. Moretto, C. Pistidda, M. Brunelli, M. Fichtner, and W. Lohstroh, Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35(11): 5448
Q. Wang, Y. G. Chen, C. L. Wu, M. D. Tao, and J. G. Gai, Chin. Sci. Bull., 2009, 54(3): 497
Q. Wang, Y. G. Chen, G. Niu, C. L. Wu, and M. D. Tao, Ind. Eng. Chem. Res., 2009, 48(11): 5250
J. C. Wang, H. L. Li, S. M. Wang, X. P. Liu, Y. Li, and L. J. Jiang, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(3): 1411
L. P. Ma, P. Wang, H. B. Dai, and H. M. Cheng, J. Alloy. Comp., 2009, 468(1–2): L21
A. Sudik, J. Yang, D. Halliday, and C. Wolverton, J. Phys. Chem. C, 2008, 112(11): 4384
W. S. Tang, G. Wu, T. Liu, A. T. S. Wee, C. K. Yong, Z. T. Xiong, A. T. S. Hor, and P. Chen, Dalton Trans., 2008, 18(18): 2395
Y. X. Liu, S. Q. Yang, D. D. Zhang, G. X. Li, W. L. Wei, and J. Guo, Journal of Inorganic Materials, 2009, 24(4): 813
J. R. Hattrick-Simpers, J. E. Maslar, M. U. Niemann, C. Chiu, S. S. Srinivasan, E. K. Stefanakos, and L. A. Bendersky, Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35(12): 6323
L. L. Li, B. Peng, Z. L. Tao, F. Y. Cheng, and J. Chen, Adv. Funct. Mater., 2010, 20(12): 1894
D. M. Liu, Q. Q. Liu, T. Z. Si, and Q. A. Zhang, J. Alloy. Comp., 2010, 495(1): 272
A. Siangsai, Y. Suttisawat, P. Sridechprasat, P. Rangsunvigit, B. Kitiyanan, and S. Kulprathipanja, J. Chem. Eng. of Jpn, 2010, 43(1): 95
J. K. Yang, X. H. Wang, J. Mao, L. X. Chen, H. G. Pan, S. Q. Li, H. W. Ge, and C. P. Chen, J. Alloy. Comp., 2010, 494(1–2): 58
A. Sudik, J. Yang, D. J. Siegel, C. Wolverton, R. O. Carter, and A. R. Drews, J. Phys. Chem. C, 2009, 113(5): 2004
M. U. Niemann, S. S. Srinivasan, A. Kumar, E. K. Stefanakos, D. Y. Goswami, and K. McGrath, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(19): 8086
K. Luo, Y. F. Liu, F. H. Wang, M. X. Gao, and H. G. Pan, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(19): 8101
M. U. D. Naik, S. U. Rather, C. S. So, S. W. Hwang, A. R. Kim, and K. S. Nahm, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(21): 8937
X. L. Zheng, W. L. Xu, Z. T. Xiong, Y. S. Chua, G. T. Wu, S. Qin, H. Chen, and P. Chen, J. Mater. Chem., 2009, 19(44): 8426
Q. A. Wang, Z. Q. Chen, W. B. Yu, Y. G. Chen, and Y. A. Li, Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49(13): 5993
G. Wolf, J. Baumann, F. Baitalow, and F. P. Hoffmann, Thermochim. Acta, 2000, 343(1–2): 19
M. G. Hu, R. A. Geanangel, and W. W. Wendlandt, Thermochim. Acta, 1978, 23(2): 249
M. C. Denney, V. Pons, T. J. Hebden, D. M. Heinekey, and K. I. Goldberg, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(37): 12048
T. He, Z. T. Xiong, G. T. Wu, H. L. Chu, C. Z. Wu, T. Zhang, and P. Chen, Chem. Mater., 2009, 21(11): 2315
C. A. Jaska, K. Temple, A. J. Lough, and I. Manners, J. Am. Chem. Soc., 2003, 125(31): 9424
M. Chandra and Q. Xu, J. Power Sources, 2006, 156(2): 190
Q. Xu and M. Chandra, J. Power Sources, 2006, 163(1): 364
T. J. Clark, G. R. Whittell, and I. Manners, Inorg. Chem., 2007, 46(18): 7522
P. V. Ramachandran and P. D. Gagare, Inorg. Chem., 2007, 46(19): 7810
S. B. Kalidindi, M. Indirani, and B. R. Jagirdar, Inorg. Chem., 2008, 47(16): 7424
F. Y. Cheng, H. Ma, Y. M. Li, and J. Chen, Inorg. Chem., 2007, 46(3): 788
J. M. Yan, X. B. Zhang, S. Han, H. Shioyama, and Q. Xu, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47(12): 2287
F. H. Stephens, R. T. Baker, M. H. Matus, D. J. Grant, and D. A. Dixon, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46(5): 746
M. E. Bluhm, M. G. Bradley, U. Butterick, Kusari, and L. G. Sneddon, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(24): 7748
H. V. K. Diyabalanage, R. P. Shrestha, T. A. Semelsberger, B. L. Scott, M. E. Bowden, B. L. Davis, and A. K. Burrell, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46(47): 8995
A. Gutowska, L. Y. Li, Y. S. Shin, C. M. M. Wang, X. H. S. Li, J. C. Linehan, R. S. Smith, B. D. Kay, B. Schmid, W. Shaw, M. Gutowski, and T. Autrey, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44(23): 3578
Z. Y. Li, G. S. Zhu, G. Q. Lu, S. L. Qiu, and X. D. Yao, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132(5): 1490
Z. T. Xiong, C. K. Yong, G. T. Wu, P. Chen, W. Shaw, A. Karkamkar, T. Autrey, M. O. Jones, S. R. Johnson, P. P. Edwards, and W. I. F. David, Nat. Mater., 2008, 7(2): 138
H. V. K. Diyabalanage, T. Nakagawa, R. P. Shrestha, T. A. Semelsberger, B. L. Davis, B. L. Scott, A. K. Burrell, W. I. F. David, K. R. Ryan, M. O. Jones, and P. P. Edwards, J. Am. Chem. Soc., 2010, 34(34): 11836
M. Eddaoudi, D. B. Moler, H. Li, B. Chen, T. M. Reineke, M. O’Keeffe, O. M. Yaghi, Acc. Chem. Res., 2001, 34: 319.
S. Sircar, R. Mohr, C. Ristic, and M. B. Rao, J. Phys. Chem. B, 1999, 103: 6539
Y. Yan, I. Telepeni, S. H. Yang, X. Lin, W. Kockelmann, A. Dailly, A. J. Blake, W. Lewis, G. S. Walker, D. R. Allan, S. A. Barnett, N. R. Champness, and M. Schröder, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132(12): 4092
M. Dincă A. Dailly, Y. Liu, C. M. Brown, D. A. Neumann, and J. R. Long, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(51): 16876
M. Dinca, A. F. Yu, and J. R. Long, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(27): 8904
H. Frost, T. Düren, and R. Q. Snurr, J. Phys. Chem. B, 2006, 110(19): 9565
K. Sillar, A. Hofmann, and J. Sauer, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131(11): 4143
H. Furukawa, M. A. Miller, and O. M. Yaghi, J. Mater. Chem., 2007, 17(30): 3197
S. Y. Qi, K. J. Hay, M. J. Rood, and M. P. Cal, J. Environ. Eng., 2000, 126(3): 267
B. Assfour and G. Seifert, Int. J. Hydrogen Energy, 2009, 34(19): 8135
J. H. Luo, H. W. Xu, Y. Liu, Y. S. Zhao, L. L. Daemen, C. Brown, T. V. Timofeeva, S. Q. Ma, and H. C. Zhou, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(30): 9626
J. L. Rowsell, J. Eckert, and O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127(42): 14904
A. G. Wong-Foy, A. J. Matzger, and O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(11): 3494
W. Zhou and T. Yildirim, J. Phys. Chem. C, 2008, 112(22): 8132
N. L. Rosi, J. Eckert, M. Eddaoudi, D. T. Vodak, J. Kim, M. O’Keeffe, and O. M. Yaghi, Science, 2003, 300(5622): 1127
J. L. Rowsell, A. R. Millward, K. S. Park, and O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126(18): 5666
B. Chen, N. Ockwig, A. Millward, D. Contreras, and O. Yaghi, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 117(30): 4823
Q. Yang and C. Zhong, J. Phys. Chem. B, 2006, 110(2): 655
N. S. Venkataramanan, R. Sahara, H. Mizuseki, and Y. Kawazoe, Int. J. Mol. Sci., 2009, 10(4): 1601
K. L. Mulfort, T. M. Wilson, M. R. Wasielewski, and J. T. Hupp, Langmuir, 2009, 25(1): 503
S. Yang, X. Lin, A. J. Blake, G. S. Walker, P. Hubberstey, N. R. Champness, and M. Schroder, Nat. Chem., 2009, 1(6): 487
A. P. Côté, A. I. Benin, N. W. Ockwig, M. O’Keeffe, A. J. Matzger, and O. M. Yaghi, Science, 2005, 310(5751): 1166
H. M. El-Kaderi, J. R. Hunt, J. L. Mendoza-Cortés, A. P. Côté, R. E. Taylor, M. O’Keeffe, and O. M. Yaghi, Science, 2007, 316(5822): 268
A. P. Côté, H. M. El-Kaderi, H. Furukawa, J. R. Hunt, and O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129(43): 12914
J. R. Hunt, C. J. Doonan, J. D. LeVangie, A. P. Côté, and O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(36): 11872
G. Garberoglio, Langmuir, 2007, 23(24): 12155
S. S. Han, H. Furukawa, O. M. Yaghi, and Goddard, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130(35): 11580
E. Tylianakis, E. Klontzas, and G. E. Froudakis, Nanotechnology, 2009, 20(20): 204030
E. Klontzas, E. Tylianakis, and G. E. Froudakis, J. Phys. Chem. C, 2008, 112(24): 9095
H. Furukawa and O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131(25): 8875
Y. J. Choi, J. W. Lee, J. H. Choi, and J. K. Kang, Appl. Phys. Lett., 2008, 92(17): 173102
E. Klontzas, E. Tylianakis, and G. E. Froudakis, J. Phys. Chem. C, 2009, 113(50): 21253
F. Li, J. J. Zhao, B. Johansson, and L. X. Sun, Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35(1): 266
X. L. Zou, G. Zhou, W. H. Duan, K. Choi, and J. Ihm, J. Phys. Chem. C, 2010, 114(31): 13402
E. Klontzas, E. Tylianakis, and G. E. Froudakis, Nano Lett., 2010, 10(2): 452
E. L. Spitler and W. R. Dichtel, Nat. Chem., 2010, 2(8): 672
K. S. Park, Z. Ni, A. P. Côté, J. Y. Choi, R. D. Huang, F. J. Uribe-Romo, H. K. Chae, M. O’Keeffe, and O. M. Yaghi, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 2006, 103(27): 10186
H. Hayashi, A. P. Côté, H. Furukawa, M. O’Keeffe, and O. M. Yaghi, Nat. Mater., 2007, 6(7): 501
A. Phan, C. J. Doonan, F. J. Uribe-Romo, C. B. Knobler, M. O’Keeffe, and O. M. Yaghi, Acc. Chem. Res., 2010, 43(1): 58
H. Wu, W. Zhou, and T. Yildirim, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129(17): 5314
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Song, Lf., Jiang, Ch., Liu, Ss. et al. Progress in improving thermodynamics and kinetics of new hydrogen storage materials. Front. Phys. 6, 151–161 (2011). https://doi.org/10.1007/s11467-011-0175-2
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11467-011-0175-2