نانوذرات آلومینیومی آسان برای تولید سریع و کارآمد هیدروژن از آب

آلومینیوم یک فلز بسیار واکنش پذیر است که می تواند اکسیژن را از مولکول های آب جدا کند و گاز هیدروژن تولید کند. استفاده گسترده از آن در محصولاتی که خیس می شوند هیچ خطری ندارد زیرا آلومینیوم فوراً با هوا واکنش می دهد و پوششی از اکسید آلومینیوم به دست می آورد که واکنش های بعدی را مسدود می کند.

برای سال‌ها، محققان سعی کرده‌اند راه‌های کارآمد و مقرون‌به‌صرفه‌ای برای استفاده از واکنش‌پذیری آلومینیوم برای تولید سوخت هیدروژن تمیز بیابند. یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز (UCSC) نشان می‌دهد که کامپوزیت گالیم و آلومینیوم که به راحتی تولید می‌شود، نانوذرات آلومینیومی ایجاد می‌کند که به سرعت با آب در دمای اتاق واکنش می‌دهند و مقادیر زیادی هیدروژن تولید می‌کنند. گالیم به راحتی پس از واکنش برای استفاده مجدد بازیابی شد، که 90 درصد هیدروژنی را به دست می‌دهد که از نظر تئوری می‌توان از واکنش تمام آلومینیوم موجود در کامپوزیت تولید کرد.

ما به هیچ انرژی ورودی نیاز نداریم و هیدروژن را دیوانه وار حباب می کند. اسکات الیور، استاد شیمی UCSC، گفت: من هرگز چنین چیزی را ندیده ام.

الیور و باکتان سیگارام، استاد شیمی و بیوشیمی، نویسندگان متناظر مقاله ای در مورد یافته های جدید هستند که در Applied Nano Materials منتشر شده است.

واکنش آلومینیوم و گالیم با آب از دهه 1970 شناخته شده است و ویدیوهای آن را به راحتی می توان به صورت آنلاین پیدا کرد. این کار به این دلیل کار می کند که گالیم، مایعی در دمای بالاتر از اتاق، پوشش اکسید آلومینیوم غیرفعال را حذف می کند و امکان تماس مستقیم آلومینیوم با آب را فراهم می کند. با این حال، مطالعه جدید شامل چندین نوآوری و یافته های جدید است که می تواند به کاربردهای عملی منجر شود.

درخواست ثبت اختراع ایالات متحده در مورد این فناوری در انتظار است.

سینگارام گفت که این مطالعه از مکالمه ای که با دانش آموزی به نام ایسای لوپز، یکی از نویسندگان، انجام داد، که چند ویدیو دیده بود و شروع به آزمایش تولید هیدروژن آلومینیوم-گالیوم در آشپزخانه خانه خود کرده بود.

او این کار را به روش علمی انجام نمی داد، بنابراین من او را با یک دانشجوی فارغ التحصیل قرار دادم تا یک مطالعه سیستماتیک انجام دهد. من فکر می‌کردم که اندازه‌گیری خروجی هیدروژن از نسبت‌های مختلف گالیم و آلومینیوم برای او یک پایان‌نامه ارشد خوب باشد.»

مطالعات قبلی عمدتاً از مخلوط‌های غنی از آلومینیوم از آلومینیوم و گالیم یا در برخی موارد آلیاژهای پیچیده‌تر استفاده می‌کردند. اما آزمایشگاه سینگارام دریافت که تولید هیدروژن با کامپوزیت غنی از گالیوم افزایش یافته است. در واقع، نرخ تولید هیدروژن به قدری غیرمنتظره بالا بود که محققان فکر کردند باید چیزی اساساً متفاوت در مورد این آلیاژ غنی از گالیوم وجود داشته باشد.

الیور پیشنهاد کرد که تشکیل نانوذرات آلومینیوم می‌تواند دلیل افزایش تولید هیدروژن باشد و آزمایشگاه او تجهیزات مورد نیاز برای تعیین مشخصات آلیاژ در مقیاس نانو را دارد. محققان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس، تشکیل نانوذرات آلومینیوم را در یک کامپوزیت گالیم-آلومینیوم 3:1 نشان دادند که نسبت بهینه برای تولید هیدروژن است.

در این کامپوزیت غنی از گالیوم، گالیم هم برای حل کردن پوشش اکسید آلومینیوم و هم برای جداسازی آلومینیوم به نانوذرات عمل می‌کند. سینگارام گفت: “گالیوم نانوذرات را جدا می کند و از تجمع آنها به ذرات بزرگتر جلوگیری می کند.” مردم برای تولید نانوذرات آلومینیوم دچار مشکل شده‌اند و در اینجا ما در حال تولید آن‌ها در شرایط فشار اتمسفر معمولی و دمای اتاق هستیم.

ساخت کامپوزیت به چیزی بیش از اختلاط دستی ساده نیاز ندارد.

اولیور می‌گوید: «روش ما از مقدار کمی آلومینیوم استفاده می‌کند که تضمین می‌کند که همه آن در اکثریت گالیم به عنوان نانوذرات مجزا حل می‌شود. این مقدار بسیار بیشتری از هیدروژن تولید می کند، تقریباً کامل در مقایسه با مقدار نظری بر اساس مقدار آلومینیوم. همچنین بازیابی گالیوم را برای استفاده مجدد آسان تر می کند.

کامپوزیت را می‌توان با منابع آلومینیومی در دسترس، از جمله فویل یا قوطی‌های مستعمل، ساخت و کامپوزیت را می‌توان با پوشاندن آن با سیکلوهگزان برای مدت طولانی نگهداری کرد تا از رطوبت محافظت کند.

به گفته سینگارام، اگرچه گالیوم فراوان نیست و نسبتاً گران است، اما می‌توان آن را چندین بار بازیابی کرد و دوباره از آن استفاده کرد بدون اینکه اثربخشی خود را از دست بدهد. با این حال، باید دید که آیا این فرآیند می تواند برای تولید تجاری هیدروژن کاربردی باشد یا خیر.

نویسنده اول گابریلا آمبرچان دانشجوی کارشناسی ارشد در آزمایشگاه سینگارام است. سایر نویسندگان مقاله عبارتند از Beatriz Ehlke، Jeremy Barnett، Neo Bao، و A’Lester Allen، همگی در UCSC. این کار تا حدی توسط بودجه بنیاد ایما هرناندز حمایت شد.

– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت دانشگاه کالیفرنیا – سانتا کروز منتشر شد