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加州大学圣克鲁兹分校开发铝纳米颗粒 可实现高效水分解制氢

盖世汽车网    2022-02-22 15:01

盖世汽车讯 据外媒报道,加州大学圣克鲁兹分校(UCSC)的化学家通过一种简单的方法来制造铝纳米颗粒,以在环境条件下分解水并快速产生氢气。

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(图片来源:UCSC)

铝是一种高活性金属,可以从水分子中剥离氧以产生氢气。但是,在潮湿的产品中大量使用铝,不会产生什么危险,因为铝会立即与空气反应,生成一层氧化铝涂层,从而阻止进一步的反应。

多年来,研究人员一直希望找到经济有效的方法,利用铝的反应性来生产清洁的氢燃料。UCSC的一项新研究表明,利用一种镓和铝的复合材料,可以轻松地生产铝纳米颗粒。这种颗粒可在室温下与水快速反应,产生大量的氢,而且反应后的镓易于回收利用。理论上来说,凭借复合材料中所有铝的反应,可以产生90%的理论产氢量。UCSC化学教授Scott Oliver表示:“不需要任何能量输入,就疯狂地产生氢气。以前从未见过这样的事情。”

自1970年代以来,铝和镓与水的反应就已为人所知。因为镓是一种熔点很低的金属,在略高于室温时,镓变成液体,可以去除氧化铝钝化涂层,使铝与水直接接触。这项新研究提出几项创新和发现,有望投入实际应用。目前,这项技术正在申请美国专利。

以往的研究使用铝和镓的富铝混合物,在某些情况下使用更复杂的合金。该校化学和生物化学教授Bakthan Singaram的实验室则发现,富镓复合材料可以提升氢气产量,而且产氢率非常高。研究人员认为,这种富镓合金肯定具有独特的优势。Oliver认为,铝纳米颗粒的形成,是氢产量提升的原因。该实验室的研究人员利用扫描电子显微镜和X射线衍射,对合金进行纳米级表征。结果发现,在3:1镓-铝复合材料中形成的铝纳米颗粒,是最佳产氢比例。

在这种富含镓的复合材料中,镓既可以溶解氧化铝涂层,又能将铝分离成纳米颗粒。Singaram表示:“通过镓分离纳米颗粒,可防止其聚集成更大的颗粒。人们一直致力于制造铝纳米颗粒,现在可以在正常大气压和室温条件下进行生产。”

制造这种复合材料,通过手工混合即可轻松完成。Oliver表示:“这种方法使用少量的铝,确保其均以分散的纳米颗粒形式溶解在大部分镓中。这一过程能够产生更多的氢,几乎接近基于铝量得出的理论值,而且使镓更易于回收利用。”

这种复合材料可以用现成的铝材料制成,包括用过的铝箔或铝罐。而且,可以用环己烷覆盖这种材料,使其免于受潮,从而实现长时间储存。Singaram表示,地球上的镓储量并不丰富,而且相对昂贵,但这种金属可以回收和多次重复使用,同时不会失去效力。然而,这一过程能否扩展至商业制氢应用,仍有待观察。

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责任编辑: 4161HSS

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