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加州大学圣克鲁兹分校开发铝纳米颗粒可实现高效水分解制氢

来源：盖世汽车时间：2022-02-22 13:22:03

据外媒报道，加州大学圣克鲁兹分校（UCSC）的化学家通过一种简单的方法来制造铝纳米颗粒，以在环境条件下分解水并快速产生氢气。

（图片来源：UCSC）

铝是一种高活性金属，可以从水分子中剥离氧以产生氢气。但是，在潮湿的产品中大量使用铝，不会产生什么危险，因为铝会立即与空气反应，生成一层氧化铝涂层，从而阻止进一步的反应。

多年来，研究人员一直希望找到经济有效的方法，利用铝的反应性来生产清洁的氢燃料。UCSC的一项新研究表明，利用一种镓和铝的复合材料，可以轻松地生产铝纳米颗粒。这种颗粒可在室温下与水快速反应，产生大量的氢，而且反应后的镓易于回收利用。理论上来说，凭借复合材料中所有铝的反应，可以产生90%的理论产氢量。UCSC化学教授Scott Oliver表示：“不需要任何能量输入，就疯狂地产生氢气。以前从未见过这样的事情。”

自1970年代以来，铝和镓与水的反应就已为人所知。因为镓是一种熔点很低的金属，在略高于室温时，镓变成液体，可以去除氧化铝钝化涂层，使铝与水直接接触。这项新研究提出几项创新和发现，有望投入实际应用。目前，这项技术正在申请美国专利。

以往的研究使用铝和镓的富铝混合物，在某些情况下使用更复杂的合金。该校化学和生物化学教授Bakthan Singaram的实验室则发现，富镓复合材料可以提升氢气产量，而且产氢率非常高。研究人员认为，这种富镓合金肯定具有独特的优势。Oliver认为，铝纳米颗粒的形成，是氢产量提升的原因。该实验室的研究人员利用扫描电子显微镜和X射线衍射，对合金进行纳米级表征。结果发现，在3:1镓-铝复合材料中形成的铝纳米颗粒，是最佳产氢比例。

在这种富含镓的复合材料中，镓既可以溶解氧化铝涂层，又能将铝分离成纳米颗粒。Singaram表示：“通过镓分离纳米颗粒，可防止其聚集成更大的颗粒。人们一直致力于制造铝纳米颗粒，现在可以在正常大气压和室温条件下进行生产。”

制造这种复合材料，通过手工混合即可轻松完成。Oliver表示：“这种方法使用少量的铝，确保其均以分散的纳米颗粒形式溶解在大部分镓中。这一过程能够产生更多的氢，几乎接近基于铝量得出的理论值，而且使镓更易于回收利用。”

这种复合材料可以用现成的铝材料制成，包括用过的铝箔或铝罐。而且，可以用环己烷覆盖这种材料，使其免于受潮，从而实现长时间储存。Singaram表示，地球上的镓储量并不丰富，而且相对昂贵，但这种金属可以回收和多次重复使用，同时不会失去效力。然而，这一过程能否扩展至商业制氢应用，仍有待观察。

关键词：加州大学圣克鲁兹分校水分解制氢铝纳米颗粒