鋁是一種高活性金屬，可以從水分子中剝離氧氣以產(chǎn)生氫氣。它在潮濕的產(chǎn)品中的廣泛使用不會(huì)造成任何危險(xiǎn)，因?yàn)殇X會(huì)立即與空氣反應(yīng)形成氧化鋁涂層，從而阻止進(jìn)一步的反應(yīng)。

多年來(lái)，研究人員一直試圖尋找有效且具有成本效益的方法來(lái)利用鋁的反應(yīng)性來(lái)生產(chǎn)清潔的氫燃料。加州大學(xué)圣克魯茲分校的研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)新研究表明，一種易于生產(chǎn)的鎵和鋁復(fù)合材料會(huì)產(chǎn)生鋁納米顆粒，該納米顆粒在室溫下與水快速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣。鎵在反應(yīng)后很容易回收再利用，這產(chǎn)生了理論上可以從復(fù)合材料中所有鋁的反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的90%。

UCSC化學(xué)教授ScottOliver說(shuō)：“我們不需要任何能量輸入，它會(huì)像瘋了一樣冒出氫氣。我從未見過(guò)這樣的事情。”

Oliver和化學(xué)和生物化學(xué)教授BakthanSingaram是2月14日在AppliedNanoMaterials上發(fā)表的關(guān)于新發(fā)現(xiàn)的論文的通訊作者。

自1970年代以來(lái)，人們就知道鋁和鎵與水的反應(yīng)，網(wǎng)上很容易找到有關(guān)它的視頻。它之所以起作用，是因?yàn)殒壥且环N略高于室溫的液體，它去除了鈍化的氧化鋁涂層，使鋁與水直接接觸。然而，這項(xiàng)新研究包括一些可能導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用的創(chuàng)新和新發(fā)現(xiàn)。

Singaram說(shuō)，這項(xiàng)研究源于他與學(xué)生、合著者IsaiLopez的一次談話，他看過(guò)一些視頻，并開始在他的家庭廚房中試驗(yàn)鋁鎵氫生成。

“他的做法不科學(xué)，所以我讓他和一名研究生一起進(jìn)行系統(tǒng)研究。我認(rèn)為這對(duì)他來(lái)說(shuō)可以成為一篇很好的畢業(yè)論文，以測(cè)量不同比例的鎵和鋁的氫輸出量”辛加拉姆說(shuō)。

以前的研究主要使用鋁和鎵的富鋁混合物，或者在某些情況下使用更復(fù)雜的合金。但辛加拉姆的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，富含鎵的復(fù)合材料會(huì)增加氫氣的產(chǎn)量。事實(shí)上，氫氣的產(chǎn)生速度出乎意料地高，研究人員認(rèn)為這種富含鎵的合金一定有一些根本性的不同。

Oliver表示，鋁納米顆粒的形成可能導(dǎo)致氫氣產(chǎn)量增加，他的實(shí)驗(yàn)室擁有合金納米級(jí)表征所需的設(shè)備。使用掃描電子顯微鏡和X射線衍射，研究人員展示了鋁納米粒子在3:1的鎵-鋁復(fù)合材料中的形成，他們發(fā)現(xiàn)這是制氫的最佳比例。

鋁-鎵復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡顯示了鎵基體中的鋁納米顆粒。圖片來(lái)源：Amberchan等人。

在這種富含鎵的復(fù)合材料中，鎵既可以溶解氧化鋁涂層，也可以將鋁分離成納米顆粒。“鎵將納米顆粒分開，防止它們聚集成更大的顆粒，”Singaram說(shuō)。“人們一直在努力制造鋁納米顆粒，而我們?cè)谡４髿鈮汉褪覝貤l件下生產(chǎn)它們。”

制作復(fù)合材料只需要簡(jiǎn)單的手動(dòng)混合。

“我們的方法使用了少量的鋁，這確保了它作為離散納米粒子全部溶解到大部分鎵中，”奧利弗說(shuō)。“這會(huì)產(chǎn)生更多的氫氣，與基于鋁量的理論值相比幾乎完全。這也使鎵的回收更容易再利用。”

復(fù)合材料可以用容易獲得的鋁源制成，包括用過(guò)的鋁箔或罐頭，復(fù)合材料可以通過(guò)用環(huán)己烷覆蓋以防受潮長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

Singaram說(shuō)，雖然鎵并不豐富且相對(duì)昂貴，但它可以多次回收和重復(fù)使用而不會(huì)失去效力。然而，這個(gè)過(guò)程是否可以擴(kuò)大到實(shí)際用于商業(yè)制氫還有待觀察。