新能源水燃料的配方(科学家发明的一种铝镓粉可以从任何水源中高效制备氢气)

Posted 2023-05-28

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新能源水燃料的配方(科学家发明的一种铝镓粉可以从任何水源中高效制备氢气)

“我们不需要任何能量输入，它就会疯狂地产生氢气。我从未见过这样的东西，” UCSC 教授斯科特·奥利弗（Scott Oliver）说，他描述了一种新的铝镓纳米颗粒粉末，当把这种粉末放置在水中 —— 甚至是海水中时，就会产生氢气。

上图：UCSC 研究人员发现的一种新粉末可以倾倒在海水中，以迅速释放其理论最大值的 90% 的氢。

铝本身在水中会迅速氧化，从水中剥离氧，并释放出氢作为副产品。不过，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其薄的氧化铝涂层，将其密封起来，反应也就停止了。

但加州大学圣克鲁兹分校的化学研究人员表示，他们已经找到了一种经济有效的方法来保持这一反应。人们早就知道镓可以去除铝氧化物涂层，并使铝与水接触，以继续反应，但之前的研究发现铝重组合的效果有限。

所以，当化学/生物化学教授巴克森·辛加拉姆（Bakthan Singaram）发现学生伊赛·洛佩斯（Isai Lopez）采用铝/镓制氢的时候，也并未觉得有什么特别的地方。辛格拉姆说：“他的研究方法不科学，所以我让他和一名研究生一起进行系统研究。我认为，对他来说，测量不同比例的镓和铝产生的氢会是一篇很好的毕业论文。”

而当伊赛·洛佩斯决定将实验扩展到测试重镓混合物时，事情开始变得有趣。氢气产量激增，研究小组开始试图弄清楚，为什么这些混合物的行为会有如此根本的不同。

经过电子显微镜和X射线衍射的研究，他们意识到，最有效的混合物，三份镓和一份铝，确实会出现一些较低比例下没有的东西。镓不仅会溶解氧化铝，还会导致铝分离成纳米颗粒，并使它们保持分离。

巴克森·辛加拉姆教授说：“镓分离了纳米颗粒，并阻止它们聚集成更大的颗粒。人们一直在努力制造铝纳米颗粒，而我们却在正常大气压和室温条件下生产了它们。”

由于铝被如此精细地分离，它的表面积最大化了，与水的反应也非常高效，对于给定数量的铝，抽出的氢的理论最大量的90%。在ACS纳米材料杂志上发表的一项研究中，研究人员报告说，当他们将一克镓-铝合金放入水中时，可以迅速释放130毫升的氢。

值得注意的是，水源也不需要是纯净的。

上图：一份废铝与三份镓混合，形成最佳的铝镓混合物。

研究报告写道：“任何可用的水源都可以使用，包括废水、商业饮料，甚至海水，不会产生氯气。”

但是，镓很贵。为此，研究人员表示，在工艺结束时，它可以完全回收，并与新铝一起使用，以制造出更多这种非凡的产氢合金。事实上，合金的制造本身是极其容易的，人们只需将镓和铝（包括用过的铝箔或易拉罐）按正确的比例手动混合在一起即可。

斯科特·奥利弗教授说：“我们的方法使用了少量的铝，这确保它能以离散的纳米颗粒的形式溶解到大部分镓中。这会产生更多的氢，与基于铝量的理论值相比，几乎是完全的。它还使镓回收更容易重复使用。”

该团队已经为该工艺申请了专利，并开始研究如何将其商业化。

那么我们在这里看什么呢？嗯，它实际上是一种储存和释放氢气的固态方式 —— 值得注意的是，这是我们曾经了解到的第三种储氢粉末。在脱碳过程中，氢是一种重要的燃料，在某些应用中是必要的，但众所周知，将其压缩成气体或低温凝结成液体用于存储和运输是非常困难和昂贵的。

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

这也是为什么 UCSC 的进步如此重要的原因。这个东西听起来非常容易制造，甚至更容易用于生产氢气。如果储存在环己烷气体中，它至少可以储存和运输三个月。它能在海水中工作的事实非常重要，获得清洁的水并不容易。事实上，镓可以被收集并回收到生产过程中，这将有助于降低成本。事实上，反应是在常压和温度下进行的，这意味着，在整个操作的尖端，你可以使用更少的设备，而实际上你需要氢气。

那么它是如何与其他两种粉末相媲美的呢？根据提供的数据，我们至少可以做个猜测。如果你把这些东西当作氢气储存介质，那么关键的指标可能是质量分数：对于给定质量的粉末，你能排出多少氢？那么，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0.544%的质量分数。真的，没什么大不了的；EAT的Si+粉末可能是目前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，当你谈论商业能源运输和释放循环时，还有许多其他考虑因素（特别是对水质不太挑剔的因素），因此这种新粉末肯定还有机会做出贡献。

这项研究发表在ACS纳米材料杂志上。

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