Алюминий сам по себе быстро окисляется в воде, удаляя O из H2O и выделяя водород в качестве побочного продукта. Однако это кратковременная реакция, потому что в большинстве случаев металл быстро покрывается микроскопически тонким слоем оксида алюминия, который изолирует его и блокирует процесс.
Но исследователи-химики из Калифорнийского университета в Санта-Круз говорят, что нашли экономичный способ продолжать работу. Давно известно, что галлий удаляет покрытие из оксида алюминия и удерживает алюминий в контакте с водой для продолжения реакции, но предыдущие исследования показали, что комбинации с высоким содержанием алюминия имеют ограниченный эффект.
Поэтому, когда профессор химии/биохимии Бактан Сингарам узнал, что студент Исаи Лопес экспериментирует с производством водорода из алюминия/галлия у себя дома на кухне, в этой идее не было ничего особенного.
«Он не занимался этим научным способом, поэтому я познакомил его с аспирантом для проведения систематического исследования, — рассказал Сингарам.
Когда Лопес решил расширить эксперимент, чтобы проверить смеси с высоким содержанием галлия, все стало немного странно. Производство водорода зашкаливало, и команда начала выяснять, почему эти смеси ведут себя так принципиально по-разному.
После исследований с помощью электронной микроскопии и рентгеновской дифракции они поняли, что наиболее эффективная смесь, состоящая из трех частей галлия и одной части алюминия, действительно делает то, чего не делают более низкие соотношения. Галлий не только растворял оксид алюминия, он также вызывал разделение алюминия на наночастицы и удерживал их отдельно.
«Галлий разделяет наночастицы и удерживает их от агрегации в более крупные частицы», — сказал Сингарам. «Люди изо всех сил пытались создать наночастицы алюминия, и здесь мы производим их при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре».
При таком тонком разделении алюминия площадь его поверхности была максимальной, а реакция с водой была чрезвычайно эффективной, извлекая 90% теоретического максимального количества водорода, возможного для данного количества алюминия. В исследовании, опубликованном в ACS Nano Materials , ученые сообщают, что один грамм их сплава галлия с алюминием быстро высвобождает 130 мл водорода при помещении в воду.
Примечательно, что источник воды также не обязательно должен быть чистым.
«Можно использовать любой доступный источник воды, — говорится в исследовании, — включая сточные воды, коммерческие напитки или даже океанскую воду, без образования газообразного хлора».
Резонный аспект — , галлий дорог. Но исследователи говорят, что его можно полностью восстановить в конце процесса и использовать со свежим алюминием для создания большего количества этого замечательного сплава, производящего водород. Действительно, создание сплава само по себе чрезвычайно просто; можно просто вручную смешать галлий с алюминием, включая использованную фольгу или банки, в правильном соотношении.
«В нашем методе используется небольшое количество алюминия, что гарантирует его растворение в большей части галлия в виде дискретных наночастиц», — сказал Оливер. «Это генерирует гораздо большее количество водорода, почти полное по сравнению с теоретическим значением, основанным на количестве алюминия. Это также упрощает извлечение галлия для повторного использования».
Команда подала заявку на патент на этот процесс и начинает изучать, как он будет масштабироваться в коммерческом масштабе.
Итак, на что мы здесь смотрим? Что ж, это фактически твердотельный способ хранения и выделения водорода — примечательно, третий порошок для хранения водорода, о котором мы писали за последние пару месяцев, или вообще когда-либо. Водород является важным топливом, которое будет необходимо в некоторых приложениях во время гонки по обезуглероживанию, но известно, что его сложно и дорого сжимать в газ или криогенно конденсировать в жидкость для хранения и транспортировки.
С порошком для хранения водорода, с другой стороны, гораздо проще и дешевле обращаться, что потенциально может настолько резко изменить стоимость работы с водородом, что новые приложения станут жизнеспособными. Вот почему процесс механохимической шаровой мельницы Дикина и кремниевый порошок Si+ от EAT имели такое большое значение.
И почему это продвижение UCSC может иметь такое большое значение. Этот материал кажется чрезвычайно простым в изготовлении и еще проще в использовании для производства водорода. Он будет хорошо храниться и путешествовать в течение как минимум трех месяцев, если хранить его в газообразном циклогексане. Тот факт, что он работает в морской воде, имеет огромное значение; доступ к чистой воде — это не то, что вы хотели бы сделать ставкой крупного бизнеса на продвижение вперед. Тот факт, что галлий можно собирать и повторно использовать в процессе, поможет снизить затраты. А тот факт, что реакция происходит при атмосферном давлении и температуре, означает, что вы можете обойтись меньшим количеством оборудования в конце всей операции, где вам действительно нужен водород.
Так как же он соотносится с этими двумя другими порошками? Что ж, приведенные цифры позволяют хотя бы предположить. Если вы рассматриваете это вещество как носитель водорода, то ключевым показателем, вероятно, является массовая доля: сколько водорода вы можете получить из данной массы порошка? Итак, если грамм порошка галлия-алюминия производит 130 мл или 5,4 ммоль водорода, этот водород будет весить 0,00544 грамма.
Это массовая доля 0,544%. На самом деле, не так много Порошок Si+ от EAT, вероятно, является веществом, которое лучше на данном этапе, по крайней мере, по этому показателю, заявляя о массовой доле 13,5%. Конечно, есть много других соображений, когда вы говорите о коммерческом цикле транспортировки и высвобождения энергии — особенно о том, что не привередливо к качеству воды — так что у этого нового порошка определенно есть возможности внести свой вклад.
Исследование опубликовано в журнале ACS Nano Materials .
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com