Nanostrukturer til at realisere hydrogeners potentiale

(Phys.org) - For første gang, ingeniører ved University of New South Wales har demonstreret, at brint kan frigives og reabsorberes fra et lovende lagermateriale, overvinde en stor hindring for dens anvendelse som en alternativ brændstofkilde.

Forskere fra Materials Energy Research Laboratory i nanoskala (MERLin) ved UNSW har syntetiseret nanopartikler af en almindeligt overset kemisk forbindelse kaldet natriumborhydrid og indkapslet disse inde i nikkelskaller.

Deres unikke "core-shell" nanostruktur har vist bemærkelsesværdige hydrogenlagringsegenskaber, herunder frigivelse af energi ved meget lavere temperaturer end tidligere observeret.

”Ingen har nogensinde prøvet at syntetisere disse partikler på nanoskalaen, fordi de syntes, det var for svært, og kunne ikke gøres. Vi er de første til at gøre det, og demonstrere, at energi i form af hydrogen kan lagres med natriumborhydrid ved praktiske temperaturer og tryk, ”Siger Dr. Kondo-Francois Aguey-Zinsou fra School of Chemical Engineering ved UNSW.

Betragtes som en stor fremtidens brændstof, brint kunne bruges til at drive bygninger, bærbar elektronik og køretøjer - men denne applikation afhænger af praktisk opbevaringsteknologi.

Lette forbindelser kendt som borhydrider (herunder lithium- og natriumforbindelser) vides at være effektive lagermaterialer, men man mente, at når energien først var frigivet, kunne den ikke reabsorberes - en kritisk begrænsning. Denne opfattede "irreversibilitet" betyder, at der har været lidt fokus på natriumborhydrid.

Imidlertid, resultatet, offentliggjort i sidste uge i tidsskriftet ACS Nano , demonstrerer for første gang, at reversibilitet faktisk er mulig ved anvendelse af et borhydridmateriale i sig selv og kan indvarsle betydelige fremskridt inden for design af nye hydrogenlagermaterialer.

"Ved at kontrollere størrelsen og arkitekturen af ​​disse strukturer kan vi justere deres egenskaber og gøre dem reversible - det betyder, at de kan frigive og genabsorbere brint, ”Siger Aguey-Zinsou, hovedforfatter på papiret. “Vi har nu en måde at udnytte alle disse borhydridmaterialer, som er særligt spændende at anvende på køretøjer på grund af deres lagringskapacitet med højt brint. ”

Forskerne observerede bemærkelsesværdige forbedringer i deres materiales termodynamiske og kinetiske egenskaber. Dette betyder, at de kemiske reaktioner, der er nødvendige for at absorbere og frigive brint, skete hurtigere end tidligere undersøgte materialer, og ved betydeligt reducerede temperaturer - hvilket gør mulig anvendelse langt mere praktisk.

I sin bulkform, natriumborhydrid kræver temperaturer over 550 grader Celsius bare for at frigive hydrogen. Selv på nanoskalaen var forbedringerne minimale. Imidlertid, med deres core-shell nanostruktur, forskerne så indledende energifrigivelse ske ved kun 50 ° C, og betydelig frigivelse ved 350 ° C.

”De nye materialer, der kunne genereres af denne spændende strategi, kunne give praktiske løsninger til at opfylde mange af de energimål, der er sat af det amerikanske energiministerium, ”Siger Aguey-Zinsou. "Det centrale her er, at vi har åbnet døren."