科学家开发铝纳米颗粒用于从水中快速高效地产生氢气

发表于 2年以前 | 总阅读数：636 次

[ [@7R70{OC6B2O)KI53FZ81K.png](https://oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/codingsky/cdn/img/2022-09-02/01de7ae3f8efdcddb18b7beffb0918a5.png)

铝本身在水中迅速氧化，从水中剥离氧，并释放出氢作为副产品。但这是一个短暂的反应，因为在大多数情况下，金属很快就会形成一层极薄的氧化铝涂层，将其封闭起来，结束了这种反应。

但是加州大学圣克鲁斯分校的化学研究人员说，他们已经找到了一种具有成本效益的方法来保持这种反应。人们早就知道镓可以去除氧化铝涂层，使铝与水接触以继续反应，但以前的研究发现，铝重的组合效果有限。

因此，当化学/生物化学教授Bakthan Singaram发现学生Isai Lopez在家里的厨房里玩铝/镓制氢时，这个想法似乎并没有什么特别之处。“他没有以科学的方式来做，所以我给他安排了一个研究生来做一个系统的研究，”Singaram说。“我认为对他来说，测量不同比例的镓和铝的氢气输出将是一篇很好的毕业论文。”

当Lopez决定扩展实验以测试重镓的混合物时，事情变得有点奇怪。氢气的产量开始迅速增加，该团队开始试图弄清楚为什么这些混合物的行为有如此大的差异。经过电子显微镜和X射线衍射研究，他们意识到，最有效的混合物，即三份镓和一份铝，确实出现了一些较低比例没有出现的事情。镓不仅溶解了氧化铝，它还使铝分离成纳米颗粒，并使它们保持分离。

Singaram说：“镓分离了纳米颗粒，使它们不会聚集成更大的颗粒。人们一直在努力制造铝的纳米颗粒，而在这里，我们正在正常的大气压力和室温条件下生产它们。”

由于铝被如此精细地分离，其表面积被最大化，与水的反应效率惊人，对于给定数量的铝来说，可以拉出90%的理论最大氢气量。在《ACS纳米材料》杂志上发表的一项研究中，研究人员报告说，当把一克他们的镓铝合金放入水中时，将迅速释放出130毫升的氢。

下载.webp

值得注意的是，水源也不需要是干净的。研究报告说：“任何可用的水源都可以使用，包括废水、商业饮料，甚至海水，而且不会产生氯气。”

然而镓很昂贵。但研究人员说，它可以在该过程结束时被完全回收，并与新的铝一起使用，以创造更多这种卓越的产氢合金。事实上，这种合金的制造本身就非常容易；人们只需将镓与铝（包括用过的铝箔或铝罐）按正确的比例手动混合在一起。

“我们的方法使用了少量的铝，这确保了它作为离散的纳米颗粒全部溶解到大多数镓中，”Oliver说。“这产生了大量的氢气，与基于铝的数量的理论值相比，几乎是完全的。它还使镓的回收更容易被再利用。”

该团队已经为该工艺申请了专利，并开始研究如何将其扩大到商业用途。

那么我们在这里看到的是什么？这实际上是一种储存和释放氢气的固态方式--值得注意的是，这是在过去几个月，甚至是有史以来写的第三种储氢粉末。氢气是一种重要的燃料，在去碳化的竞赛中，在某些应用中是必要的，但它是出了名的困难和昂贵，要压缩成气体，或低温冷凝成液体，以便储存和运输。

另一方面，储氢粉末更容易处理，也更便宜，有可能极大地改变使用氢气的成本，使新的应用变得可行。这就是为什么迪肯的机械化学球磨工艺和EAT的Si+硅粉是如此重要的原因。

加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的这一进展也可能是这样一个大问题。这东西听起来非常容易制造，而且更容易用于氢气生产。如果储存在环己烷气体中，它可以很好地储存和运输至少三个月。它在海水中工作的事实是非常重要的；获得清洁的水并不是你想在今后的业务中押注的那种东西。镓可以被收集并回收到工艺中的事实将有助于降低成本。而且，反应是在环境压力和温度下进行的，这意味着可以在整个操作的最末端使用更少的设备，因为实际上需要氢气。

那么，与其他两种粉末相比，它是如何衡量的呢？研究人员所提供的数字至少允许我们进行猜测。如果把这种东西当作氢气储存介质，那么关键指标可能是质量分数：对于给定质量的粉末，你能得到多少氢气？如果一克镓铝粉产生 130 毫升或 5.4 毫摩尔的氢气，那么氢气的重量为 0.00544 克。

这是一个0.544%的质量分数。EAT的Si+粉末可能是现阶段最受欢迎的物质，至少在这个指标上，声称其质量分数为13.5%。当然，当谈论商业能源运输和释放循环时，还有许多其他的考虑因素--特别是对水质不挑剔的考虑--所以这种新粉末肯定还有机会做出贡献。

该研究发表在《ACS纳米材料》杂志上。