简单的铝纳米颗粒，用于从水中快速、高效地产生氢气

铝是一种高活性金属，可以从水分子中剥离氧气以产生氢气。它在潮湿的产品中的广泛使用不会造成任何危险，因为铝会立即与空气反应形成氧化铝涂层，从而阻止进一步的反应。

多年来，研究人员一直试图寻找有效且具有成本效益的方法来利用铝的反应性来生产清洁的氢燃料。加州大学圣克鲁兹分校的研究人员进行的一项新研究表明，一种易于生产的镓和铝复合材料会产生铝纳米颗粒，该纳米颗粒在室温下与水快速反应，产生大量氢气。镓在反应后很容易回收再利用，这产生了理论上可以从复合材料中所有铝的反应产生的氢气的 90%。

UCSC 化学教授 Scott Oliver 说：“我们不需要任何能量输入，它会像疯了一样冒出氢气。我从未见过这样的事情。”

Oliver 和化学和生物化学教授 Bakthan Singaram 是 2 月 14 日在Applied Nano Materials上发表的关于新发现的论文的通讯作者。

自 1970 年代以来，人们就知道铝和镓与水的反应，网上很容易找到有关它的视频。它之所以起作用，是因为镓是一种略高于室温的液体，它去除了钝化的氧化铝涂层，使铝与水直接接触。然而，这项新研究包括一些可能导致实际应用的创新和新发现。

这项技术正在申请美国专利。

Singaram 说，这项研究源于他与学生、合著者 Isai Lopez 的一次谈话，他看过一些视频，并开始在他的家庭厨房中试验铝镓氢生成。

“他做的不是科学，所以我让他和一个研究生一起做系统研究。我认为这对他来说是一篇很好的毕业论文，可以测量不同比例的镓和铝的氢输出量”辛加拉姆说。

以前的研究主要使用铝和镓的富铝混合物，或者在某些情况下使用更复杂的合金。但辛加拉姆的实验室发现，富含镓的复合材料会增加氢气的产量。事实上，氢气的产生速度出乎意料地高，研究人员认为这种富含镓的合金一定有一些根本性的不同。

Oliver 表示，铝纳米颗粒的形成可能导致氢气产量增加，他的实验室拥有合金纳米级表征所需的设备。使用扫描电子显微镜和 X 射线衍射，研究人员展示了铝纳米粒子在 3:1 的镓-铝复合材料中的形成，他们发现这是制氢的最佳比例。

在这种富含镓的复合材料中，镓既可以溶解氧化铝涂层，也可以将铝分离成纳米颗粒。“镓将纳米颗粒分开，防止它们聚集成更大的颗粒，”Singaram 说。“人们一直在努力制造铝纳米颗粒，而我们在正常大气压和室温条件下生产它们。”

制作复合材料只需要简单的手动混合。

“我们的方法使用了少量的铝，这确保了它作为离散纳米粒子全部溶解到大部分镓中，”奥利弗说。“这会产生更多的氢气，与基于铝量的理论值相比几乎完全。这也使镓的回收更容易再利用。”

复合材料可以用容易获得的铝源制成，包括用过的铝箔或罐头，复合材料可以通过用环己烷覆盖以防受潮长期储存。

Singaram 说，虽然镓并不丰富且相对昂贵，但它可以多次回收和重复使用而不会失去效力。然而，这个过程是否可以扩大到实际用于商业制氢还有待观察。

第一作者 Gabriella Amberchan 是 Singaram 实验室的研究生。该论文的其他合著者包括 UCSC 的 Beatriz Ehlke、Jeremy Barnett、Neo Bao 和 A'Lester Allen。这项工作得到了 Ima Hernandez 基金会的部分资金支持。