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根據(jù)最近發(fā)表在《應用材料與界面》雜志上的一項研究，一個科學家團隊已經(jīng)創(chuàng)造了一種新的氣凝膠，它提高了將光轉(zhuǎn)化為氫能的效率，產(chǎn)生的氫氣是其他方法的“70倍多”。
而且，如果有足夠的時間，這可能成為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)氫燃料的新方法的開端。這意味著氫燃料汽車、新型飛機推進系統(tǒng)，還有可能是未來的電網(wǎng)。
“摻雜”納米顆?？梢晕崭嗟年柟?/span>
如果你錯過了它，氣凝膠是如此令人印象深刻，它們已經(jīng)打破了十多次吉尼斯世界紀錄，包括成為世界上最輕的固體之一的榮譽地位。基于納米顆粒的氣凝膠可以用作光催化劑，使化學反應(與陽光結(jié)合時)成為可能或加速化學反應，從而在現(xiàn)代世界產(chǎn)生極其有用的產(chǎn)品，包括氫。光催化劑的最佳材料是二氧化鈦(TiO2)，它也是一種半導體。但它有一個嚴重的缺陷:它只吸收太陽光中的紫外光譜，而紫外光譜僅占太陽總光芒的5%。為了證明在能源工業(yè)中的有效性和實用性，光催化劑需要利用更廣泛的波長光譜。
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這是Markus Niederberger教授和他在蘇黎世聯(lián)邦理工大學多功能材料實驗室的團隊的目標。尼德伯格的博士生，Junggou Kwon，已經(jīng)在尋找新的替代方法來優(yōu)化由TiO2納米顆粒制成的氣凝膠的效率。她發(fā)現(xiàn)，通過將二氧化鈦納米粒子與氮“摻雜”，以確保材料中離散的氧原子被氮原子取代，氣凝膠能夠吸收太陽光譜中更可見的部分。這個過程也使氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)保持完整。
注入鈀的氣凝膠可以產(chǎn)生70倍的氫氣
起初，Kwon使用TiO2納米顆粒和少量的貴金屬鈀合成氣凝膠。鈀是有用的，因為它在光催化氫的生產(chǎn)中起著關鍵作用。但根據(jù)瑞士聯(lián)邦理工學院網(wǎng)站Zürich上的一篇博客文章，權教授隨后將氣凝膠放入一個反應器中，在反應器中注入氨氣，迫使氮原子嵌入TiO2納米顆粒的晶體結(jié)構(gòu)中。但是為了驗證這種經(jīng)過修飾的氣凝膠確實能夠提高所期望的化學反應的效率(具體來說，就是將甲醇和水轉(zhuǎn)化為氫氣)，Kwon建造了一個專門的反應器。然后她將水蒸氣和甲醇插入氣凝膠中，然后用一對LED燈照射混合物。
其結(jié)果是一種氣體物質(zhì)擴散通過氣凝膠的孔隙，在那里它被轉(zhuǎn)化為TiO2表面所需的氫氣和鈀納米顆粒。雖然權某在5天后結(jié)束了實驗，但在整個實驗過程中，反應始終保持穩(wěn)定。尼德伯格在蘇黎世聯(lián)邦理工學院的博客文章中說:“這個過程可能會更穩(wěn)定?！薄坝绕涫窃诠I(yè)應用方面，盡可能長時間地保持穩(wěn)定是很重要的。”最關鍵的是，加入貴金屬鈀大大提高了反應的守恒效率。換句話說，將氣凝膠與鈀結(jié)合可以產(chǎn)生比其他方法多70倍的氫氣。這可能是一種更先進的工業(yè)氫生產(chǎn)新方法的開端，不僅可以使汽車和航空不再使用化石燃料，還可以用于更大的電網(wǎng)。
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