Nem aluminium nanopartikler til hurtig, effektiv brintgenerering fra vand

Aluminium er et meget reaktivt metal, der kan fjerne oxygen fra vandmolekyler for at generere brintgas. Dens udbredte brug i produkter, der bliver våde, udgør ingen fare, fordi aluminium øjeblikkeligt reagerer med luft for at opnå en belægning af aluminiumoxid, som blokerer for yderligere reaktioner.

I årevis har forskere forsøgt at finde effektive og omkostningseffektive måder at bruge aluminiums reaktivitet til at generere rent brintbrændstof. En ny undersøgelse foretaget af forskere ved UC Santa Cruz viser, at en let fremstillet komposit af gallium og aluminium skaber aluminium nanopartikler, der reagerer hurtigt med vand ved stuetemperatur for at give store mængder brint. Galliumet blev let genvundet til genbrug efter reaktionen, hvilket giver 90 % af det brint, der teoretisk kunne fremstilles ved reaktion af alt aluminium i kompositten.

"Vi har ikke brug for noget energitilførsel, og det bobler brint som en sindssyg. Jeg har aldrig set noget lignende," sagde UCSC-kemiprofessor Scott Oliver.

Oliver og Bakthan Singaram, professor i kemi og biokemi, er tilsvarende forfattere til en artikel om de nye resultater, offentliggjort den 14. februar i Applied Nano Materials .

Aluminiums og galliums reaktion med vand har været kendt siden 1970'erne, og videoer af det er nemme at finde online. Det virker, fordi gallium, en væske ved lige over stuetemperatur, fjerner den passive aluminiumoxidbelægning, hvilket tillader direkte kontakt mellem aluminium og vand. Den nye undersøgelse inkluderer dog adskillige innovationer og nye resultater, der kan føre til praktiske anvendelser.

En amerikansk patentansøgning afventer denne teknologi.

Singaram sagde, at undersøgelsen voksede ud af en samtale, han havde med en studerende, medforfatter Isai Lopez, som havde set nogle videoer og begyndt at eksperimentere med generering af aluminium-gallium-brint i sit hjemmekøkken.

"Han gjorde det ikke på en videnskabelig måde, så jeg satte ham op med en kandidatstuderende til at lave en systematisk undersøgelse. Jeg troede, det ville være en god seniorafhandling for ham at måle brintoutputtet fra forskellige forhold mellem gallium og aluminium ," sagde Singaram.

Tidligere undersøgelser havde mest brugt aluminiumrige blandinger af aluminium og gallium, eller i nogle tilfælde mere komplekse legeringer. Men Singarams laboratorium fandt ud af, at brintproduktionen steg med en galliumrig komposit. Faktisk var brintproduktionshastigheden så uventet høj, at forskerne troede, at der måtte være noget fundamentalt anderledes ved denne galliumrige legering.

Oliver foreslog, at dannelsen af ​​aluminium nanopartikler kunne forklare den øgede brintproduktion, og hans laboratorium havde det nødvendige udstyr til nanoskala karakterisering af legeringen. Ved hjælp af scanningselektronmikroskopi og røntgendiffraktion viste forskerne dannelsen af ​​aluminiumnanopartikler i en 3:1 gallium-aluminium-komposit, som de fandt var det optimale forhold til brintproduktion.

I denne galliumrige komposit tjener gallium både til at opløse aluminiumoxidbelægningen og til at adskille aluminiumet til nanopartikler. "Galliumet adskiller nanopartiklerne og forhindrer dem i at samle sig til større partikler," sagde Singaram. "Folk har kæmpet for at lave aluminiumsnanopartikler, og her producerer vi dem under normale atmosfæriske tryk og stuetemperaturforhold."

At lave kompositten krævede intet andet end simpel manuel blanding.

"Vores metode bruger en lille mængde aluminium, som sikrer, at det hele opløses i størstedelen af ​​gallium som diskrete nanopartikler," sagde Oliver. "Dette genererer en meget større mængde brint, næsten fuldstændig sammenlignet med den teoretiske værdi baseret på mængden af ​​aluminium. Det gør også galliumgenvinding lettere til genbrug."

Kompositten kan fremstilles med let tilgængelige kilder til aluminium, herunder brugt folie eller dåser, og kompositten kan opbevares i lange perioder ved at dække den med cyclohexan for at beskytte den mod fugt.

Selvom gallium ikke er rigeligt og er relativt dyrt, kan det genvindes og genbruges flere gange uden at miste effektiviteten, sagde Singaram. Det skal dog vise sig, om denne proces kan skaleres op til at være praktisk til kommerciel brintproduktion. + Udforsk yderligere

Undersøgelse af, hvordan brint opfører sig i aluminiumslegeringer