只要科學家能夠找出既實際又便宜、且不需要化石燃料的方法來產生氫氣的話,那麼氫燃料有望在未來成為乾淨且大量的能源來源。一項新研究提供了我們另一個往該方向前進的潛力步驟,前提是我們能夠利用消費後(post-consumer)鋁與鎵的現存供給。

嶄新突破

在新研究當中,科學家描述了一個相對簡單的方法,牽涉到鋁的奈米粒子參與其中。鋁的奈米粒子能夠從水分子中脫掉氧,只留下氫氣體。

這個過程會產生大量的氫氣,而且全部都能夠在室溫下進行。這移除了氫燃料生產上最大的障礙,那就是:若使用現存的方法,需要大量的能量。

這項技術也能夠與任何種類的水一起運作,這包括廢水與海洋水。

加利福尼亞大學聖塔克魯茲分校(University of California, Santa Cruz,UCSC)的材料科學家史考特·奧利佛教授說:「我們不需要輸入任何能量,就能夠讓氫氣瘋狂的產生。我從來沒有看過任何像這樣的東西。」

材料與優點

這項製程的關鍵在於使用鎵金屬,讓與水的反應能夠持續下去。我們已經熟知這個鋁-鎵-水的反應數十年了,但在此,研究團隊以幾個特定的方式,來最大化並增強反應。

在掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy,SEM)與 X 光繞射技術的幫忙下,研究人員們能夠找出,以最大效率產出氫的最佳鋁鎵混合比例,是 3:1 的鎵-鋁複合材料。

這個鎵較豐富的合金進行兩種職務,第一是移除鋁的氧化鍍層(通常會阻擋與水的反應),另一個是產生鋁奈米粒子,可以讓反應更快。

UCSC 的有機化學教授巴克坦·辛加拉姆(Bakthan Singaram)說:「鎵會分開奈米粒子,並避免它們團聚成較大顆的粒子。過去,人們努力在產生鋁奈米粒子;而現在,我們在正常大氣壓力與室溫條件下,就能產生它們。」

研究人員報導說,混合方法並不複雜,且當保存於環己烷中來保護複合材料避免濕氣時,此複合材料能貯存至少三個月,否則濕氣會降低其有效性。

比起鎵,鋁比較容易取得,因為鋁可以從消費後材料取得,例如丟棄的鋁罐與鋁箔。鎵更貴、且量沒那麼豐富,但是在這項製程中,它至少可以回收並重複使用多次,而不會失去其有效性。

未來努力

仍然有很多需要做的研究,尤其是須確定其能夠從實驗室裝置,擴大規模到能夠被使用於工業規模上。然而,初期的跡象顯示,這是另一個具有很大潛力,來產生氫燃料的方法。

研究人員在他們論文中作結:「整體來說,富含鎵的鎵鋁混合物,能夠在沒有輸入能量、材料操控、以及調整 pH 值下,在室溫生產大量的氫。」

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參考資料:

  1. Nield, D., (2022, August 31). Scientists Find a Simple Way to Produce Hydrogen from Water at Room Temperature. ScienceAlert
  2. Amberchan G. et al., (2022, February 14). Aluminum Nanoparticles from a Ga–Al Composite for Water Splitting and Hydrogen Generation. Applied Nano Materials. doi.org/10.1021/acsanm.1c04331
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/clean-fuel-breakthrough-turns-water-into-hydrogen-at-room-temperature(圖:Amberchan et al., Applied Nano Materials, 2022)
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