纳米金刚石是高效氢气纯化的关键

纳米金刚石可能很小，但它们可以帮助解决当今人类面临的最大问题之一：气候变化。

氢气是一种清洁燃烧的燃料，消耗时只留下水。许多国家将氢视为实现零碳未来的一种方式，但转向氢经济需要其生产比现在更实惠。

在本月发表在《自然能源》杂志上的一项研究中，由京都大学综合细胞材料科学研究所 (iCeMS) 领导的研究人员描述了纳米金刚石增强复合膜如何从潮湿的混合物中纯化氢气，从而大大提高制氢过程的效率和成本。 -有效的。

“有几种可扩展的方法来生产氢气，但氢气通常以潮湿混合物的形式出现，它们的纯化是一个挑战，”领导 iCeMS 团队的 Easan Sivaniah 教授说。“膜技术可以实现节能和经济的分离过程。但我们需要合适的膜材料才能使其发挥作用，”Sivaniah 补充道。

石墨烯氧化物 (GO) 是石墨的水溶性衍生物，可以组装形成可用于氢气纯化的膜。氢气很容易通过这些过滤器，而较大的分子则会被卡住。

氢气通常在非常潮湿的条件下与 CO2或 O2分离。GO 表带负电荷，这导致它们相互排斥。当暴露在湿气中时，带负电的薄片会更加相互排斥，从而使水分子在 GO 薄片之间的空间中积聚，最终溶解膜。

共同监督这项研究的 Behnam Ghalei 博士解释说，在 GO 薄片中添加纳米金刚石可以解决湿度引起的崩解问题。“带正电的纳米金刚石可以抵消膜的负斥力，使 GO 片材更加紧凑和防水。”

该团队还包括来自日本和国外的其他研究小组。日本同步辐射研究所 (SPring-8 / JASRI) 的研究人员进行了先进的 X 射线研究。量子生命科学研究所 (QST) 帮助开发了材料。上海科技大学(中国)和国立中央大学(台湾)参与了最先进的材料表征。

“在我们与 QST 的 Ryuji Igarashi 博士的合作中，我们能够获得具有明确定义的尺寸和功能的纳米金刚石，没有它们就不可能进行研究，”Sivaniah 说。“重要的是，五十岚的团队拥有一项专利技术，可以在未来以合理的成本扩大纳米金刚石的生产规模。”

Sivaniah 说，纳米金刚石在制氢之外还有潜在的用途。湿度控制在许多其他领域也至关重要，包括制药、半导体和锂离子电池生产。膜技术还可以通过有效去除湿气来彻底改变空调。空调是最低效的制冷方式之一，因为用于为它们供电的大量电力用于去除湿气，产生更多的 CO2排放并为全球变暖造成恶性循环。

日本政府坚定地致力于实现零碳未来。它建立了一个 200 亿美元的绿色创新基金，以支持主要行业参与者和将新技术推向市场的创业企业之间的联合伙伴关系。

京都大学的 iCeMS 是日本领先的研究机构之一，致力于通过创新方法让科学帮助社会。Sivaniah 是 OOYOO (www.OOYOO.co.jp) 的创始人，这是一家旨在促进膜技术商业化以实现零碳未来的初创公司。