鋁本身在水中迅速氧化,從水中剝離氧,并釋放出氫作為副產品。但這是一個短暫的反應,因為在大多數情況下,金屬很快就會形成一層極薄的氧化鋁涂層,將其封閉起來,結束了這種反應。
但是加州大學圣克魯斯分校的化學研究人員說,他們已經找到了一種具有成本效益的方法來保持這種反應。人們早就知道鎵可以去除氧化鋁涂層,使鋁與水接觸以繼續反應,但以前的研究發現,鋁重的組合效果有限。
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因此,當化學/生物化學教授Bakthan Singaram發現學生Isai Lopez在家里的廚房里玩鋁/鎵制氫時,這個想法似乎并沒有什么特別之處。“他沒有以科學的方式來做,所以我給他安排了一個研究生來做一個系統的研究,”Singaram說。“我認為對他來說,測量不同比例的鎵和鋁的氫氣輸出將是一篇很好的畢業論文。”
當Lopez決定擴展實驗以測試重鎵的混合物時,事情變得有點奇怪。氫氣的產量開始迅速增加,該團隊開始試圖弄清楚為什么這些混合物的行為有如此大的差異。經過電子顯微鏡和X射線衍射研究,他們意識到,最有效的混合物,即三份鎵和一份鋁,確實出現了一些較低比例沒有出現的事情。鎵不僅溶解了氧化鋁,它還使鋁分離成納米顆粒,并使它們保持分離。
Singaram說:“鎵分離了納米顆粒,使它們不會聚集成更大的顆粒。人們一直在努力制造鋁的納米顆粒,而在這里,我們正在正常的大氣壓力和室溫條件下生產它們。”
由于鋁被如此精細地分離,其表面積被最大化,與水的反應效率驚人,對于給定數量的鋁來說,可以拉出90%的理論最大氫氣量。在《ACS納米材料》雜志上發表的一項研究中,研究人員報告說,當把一克他們的鎵鋁合金放入水中時,將迅速釋放出130毫升的氫。
值得注意的是,水源也不需要是干凈的。研究報告說:“任何可用的水源都可以使用,包括廢水、商業飲料,甚至海水,而且不會產生氯氣。”
然而鎵很昂貴。但研究人員說,它可以在該過程結束時被完全回收,并與新的鋁一起使用,以創造更多這種卓越的產氫合金。事實上,這種合金的制造本身就非常容易;人們只需將鎵與鋁(包括用過的鋁箔或鋁罐)按正確的比例手動混合在一起。
“我們的方法使用了少量的鋁,這確保了它作為離散的納米顆粒全部溶解到大多數鎵中,”Oliver說。“這產生了大量的氫氣,與基于鋁的數量的理論值相比,幾乎是完全的。它還使鎵的回收更容易被再利用。”
該團隊已經為該工藝申請了專利,并開始研究如何將其擴大到商業用途。
那么我們在這里看到的是什么?這實際上是一種儲存和釋放氫氣的固態方式--值得注意的是,這是在過去幾個月,甚至是有史以來寫的第三種儲氫粉末。氫氣是一種重要的燃料,在去碳化的競賽中,在某些應用中是必要的,但它是出了名的困難和昂貴,要壓縮成氣體,或低溫冷凝成液體,以便儲存和運輸。
另一方面,儲氫粉末更容易處理,也更便宜,有可能極大地改變使用氫氣的成本,使新的應用變得可行。這就是為什么迪肯的機械化學球磨工藝和EAT的Si+硅粉是如此重要的原因。
加利福尼亞大學圣克魯茲分校的這一進展也可能是這樣一個大問題。這東西聽起來非常容易制造,而且更容易用于氫氣生產。如果儲存在環己烷氣體中,它可以很好地儲存和運輸至少三個月。它在海水中工作的事實是非常重要的;獲得清潔的水并不是你想在今后的業務中押注的那種東西。鎵可以被收集并回收到工藝中的事實將有助于降低成本。而且,反應是在環境壓力和溫度下進行的,這意味著可以在整個操作的最末端使用更少的設備,因為實際上需要氫氣。
那么,與其他兩種粉末相比,它是如何衡量的呢?研究人員所提供的數字至少允許我們進行猜測。如果把這種東西當作氫氣儲存介質,那么關鍵指標可能是質量分數:對于給定質量的粉末,你能得到多少氫氣?如果一克鎵鋁粉產生 130 毫升或 5.4 毫摩爾的氫氣,那么氫氣的重量為 0.00544 克。
這是一個0.544%的質量分數。EAT的Si+粉末可能是現階段最受歡迎的物質,至少在這個指標上,聲稱其質量分數為13.5%。當然,當談論商業能源運輸和釋放循環時,還有許多其他的考慮因素--特別是對水質不挑剔的考慮--所以這種新粉末肯定還有機會做出貢獻。
該研究發表在《ACS納米材料》雜志上。
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