Алюминий — это высокореактивный металл, который может поглощать кислород из молекул воды с образованием газообразного водорода. Его широкое использование в изделиях, которые намокают, не представляет опасности, поскольку алюминий мгновенно вступает в реакцию с воздухом, образуя покрытие из оксида алюминия, которое блокирует дальнейшие реакции.

В течение многих лет исследователи пытались найти эффективные и экономичные способы использования реакционной способности алюминия для производства чистого водородного топлива. Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, показывает, что легко производимый композит галлия и алюминия создает наночастицы алюминия, которые быстро реагируют с водой при комнатной температуре с образованием большого количества водорода. Галлий был легко восстановлен для повторного использования после реакции, которая дает 90% водорода, который теоретически может быть получен в результате реакции всего алюминия в композите.

«Нам не нужно никакого подвода энергии, и он пузырит водород как сумасшедший. Я никогда не видел ничего подобного», — сказал профессор химии Калифорнийского университета в Южной Калифорнии Скотт Оливер.

Оливер и Бактан Сингарам, профессор химии и биохимии, являются авторами статьи о новых открытиях, опубликованной 14 февраля в Applied Nano Materials .

Реакция алюминия и галлия с водой известна с 1970-х годов, и ее видео легко найти в Интернете. Это работает, потому что галлий, жидкость при температуре чуть выше комнатной, удаляет пассивное покрытие из оксида алюминия, обеспечивая прямой контакт алюминия с водой. Однако новое исследование включает в себя несколько нововведений и новых открытий, которые могут найти практическое применение.

Заявка на патент США на эту технологию находится на рассмотрении.

Сингарам сказал, что исследование выросло из его разговора со студентом, соавтором Исаи Лопесом, который посмотрел несколько видеороликов и начал экспериментировать с алюминиево-галлиевым водородом на своей домашней кухне.

«Он не занимался этим научным способом, поэтому я познакомил его с аспирантом для проведения систематического исследования. Я подумал, что для него будет хорошей дипломной работой измерение выхода водорода из различных соотношений галлия и алюминия. «, — сказал Сингарам.

В предыдущих исследованиях в основном использовались богатые алюминием смеси алюминия и галлия или, в некоторых случаях, более сложные сплавы. Но лаборатория Сингарама обнаружила, что производство водорода увеличилось при использовании композита, богатого галлием. На самом деле, скорость производства водорода была настолько неожиданно высокой, что исследователи подумали, что в этом богатом галлием сплаве должно быть что-то принципиально иное.

Оливер предположил, что образование наночастиц алюминия может объяснить увеличение производства водорода, и в его лаборатории было оборудование, необходимое для наноразмерных характеристик сплава. Используя сканирующую электронную микроскопию и рентгеновскую дифракцию, исследователи показали образование наночастиц алюминия в композите галлия-алюминия 3:1, что, по их мнению, является оптимальным соотношением для производства водорода.

В этом богатом галлием композите галлий служит как для растворения покрытия из оксида алюминия, так и для разделения алюминия на наночастицы. «Галлий разделяет наночастицы и удерживает их от агрегации в более крупные частицы», — сказал Сингарам. «Люди изо всех сил пытались создать наночастицы алюминия, и здесь мы производим их при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре ».

Для создания композита не требовалось ничего, кроме простого ручного смешивания.

«В нашем методе используется небольшое количество алюминия, что гарантирует его растворение в большей части галлия в виде дискретных наночастиц», — сказал Оливер. «Это генерирует гораздо большее количество водорода, почти полное по сравнению с теоретическим значением, основанным на количестве алюминия. Это также упрощает извлечение галлия для повторного использования».

Композит можно изготовить из легкодоступных источников алюминия, включая использованную фольгу или банки, а композит можно хранить в течение длительного времени, покрыв его циклогексаном для защиты от влаги.

По словам Сингарама, хотя галлия не так много и он относительно дорог, его можно извлекать и повторно использовать несколько раз без потери эффективности. Однако еще предстоит выяснить, можно ли масштабировать этот процесс, чтобы его можно было использовать для коммерческого производства водорода.