Bare tilsæt vand:Hvordan forskerne bruger silicium til at producere brint efter behov

(Phys.org) – Supersmå partikler af silicium reagerer med vand for at producere brint næsten øjeblikkeligt, ifølge forskere fra University at Buffalo.

I en række eksperimenter, forskerne skabte sfæriske siliciumpartikler på omkring 10 nanometer i diameter. Når det kombineres med vand, disse partikler reagerede og dannede kiselsyre (et ugiftigt biprodukt) og brint - en potentiel energikilde til brændselsceller.

Reaktionen krævede ikke noget lys, varme eller el, og skabte også brint omkring 150 gange hurtigere end lignende reaktioner ved hjælp af siliciumpartikler 100 nanometer brede, og 1, 000 gange hurtigere end bulk silicium, ifølge undersøgelsen.

Resultaterne blev vist online i Nano bogstaver den 14. januar. Forskerne var i stand til at verificere, at det brint, de lavede, var relativt rent ved at teste det med succes i en lille brændselscelle, der drev en blæser.

"Når det kommer til at spalte vand for at producere brint, silicium i nanostørrelse kan være bedre end mere indlysende valg, som folk har studeret i et stykke tid, såsom aluminium, " sagde forsker Mark T. Swihart, UB professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab og direktør for universitetets Strategic Strength in Integrated Nanostructured Systems.

"Med videre udvikling, denne teknologi kunne danne grundlaget for en 'just add water'-tilgang til at generere brint efter behov, " sagde forsker Paras Prasad, administrerende direktør for UB's Institut for Lasere, Photonics and Biophotonics (ILPB) og en SUNY Distinguished Professor i UB's Department of Chemistry, Fysik, Elektroteknik og medicin. "Den mest praktiske anvendelse ville være for bærbare energikilder."

Swihart og Prasad ledede undersøgelsen, som blev afsluttet af UB-forskere, hvoraf nogle har tilknytning til Nanjing University i Kina eller Korea University i Sydkorea. Folarin Erogbogbo, en forskningsassistent professor i UB's ILPB og en UB PhD kandidat, var førsteforfatter.

Den hastighed, hvormed 10 nanometer-partiklerne reagerede med vand, overraskede forskerne. På under et minut, disse partikler gav mere brint end 100 nanometer partiklerne gav på ca. 45 minutter. Den maksimale reaktionshastighed for 10 nanometer-partiklerne var omkring 150 gange så hurtig.

Swihart sagde, at uoverensstemmelsen skyldes geometri. Mens de reagerer, de større partikler danner ikke-sfæriske strukturer, hvis overflader reagerer mindre let med vand og mindre ensartet end overfladerne på de mindre, sfæriske partikler, han sagde.

Selvom det kræver betydelig energi og ressourcer at producere de supersmå siliciumkugler, partiklerne kan hjælpe med at drive bærbare enheder i situationer, hvor vand er tilgængeligt, og bærbarhed er vigtigere end lav pris. Militære operationer og campingture er to eksempler på sådanne scenarier.

"Det var tidligere ukendt, at vi kunne generere brint så hurtigt fra silicium, et af jordens mest rigelige grundstoffer, " Erogbogbo sagde. "Sikker opbevaring af brint har været et vanskeligt problem, selvom brint er en fremragende kandidat til alternativ energi, og en af ​​de praktiske anvendelser af vores arbejde ville være at levere brint til brændselscellekraft. Det kunne være militærkøretøjer eller andre bærbare applikationer, der er i nærheden af ​​vand."

"Måske i stedet for at tage en benzin- eller dieselgenerator og brændstoftanke eller store batteripakker med til campingpladsen (civil eller militær), hvor der er vand til rådighed, Jeg tager en brintbrændselscelle (meget mindre og lettere end generatoren) og nogle plastikpatroner af siliciumnanopulver blandet med en aktivator, " sagde Swihart, forestille sig fremtidige applikationer. "Så kan jeg drive min satellitradio og telefon, GPS, bærbar, belysning, osv. Hvis jeg tager tingene rigtigt, Jeg kan endda være i stand til at bruge overskydende varme genereret fra reaktionen til at varme lidt vand op og lave te."