一种创新的方法可以把纳米颗粒变成简单的储氢容器。
氢气这种高度挥发性的气体被认为是一种很有前途的能源载体,例如,它可以为飞机、船舶和卡车提供气候友好型燃料,还可以生产气候友好型的钢铁和水泥——这取决于氢气是如何产生的。
然而,储存氢气的成本很高:要么将氢气保存在高压罐中,压力高达700巴;要么将其液化,这意味着将其冷却到零下253摄氏度。这两个过程都要消耗额外的能量。
由DESY(德国电子同步辐射加速器)的Andreas Stierle领导的团队已经为另一种替代方法奠定了基础:将氢储存在由贵金属钯制成的微小纳米颗粒中,其直径仅为1.2纳米。钯能像海绵一样吸收氢。
Andreas Stierle解释道:“然而,到目前为止,将氢从这种材料中分离出来仍然是个问题。这就是为什么我们正在尝试只有一纳米直径的钯粒子。”
一纳米是一毫米的百万分之一。
为了确保这些微小的粒子足够坚固,它们被一个由稀有贵重金属铱构成的内核所稳定。此外,它们还附着在石墨烯支架上,这是一层极薄的碳层。
DESY纳米实验室的负责人Stierle说:“我们能够以仅两个半纳米的间隔将钯颗粒附着在石墨烯上。”
“这导致了一个有规律的、周期性的结构。”该研究团队还包括来自科隆大学和汉堡大学的研究人员,他们将研究结果发表在美国化学学会(ACS)的《ACS Nano》杂志上。
DESY的X射线源PETRA III被用来观察钯粒子与氢接触时会发生什么:本质上,氢会粘附在纳米粒子的表面,几乎没有任何氢会渗透到纳米粒子簇团内部。
单个簇团的结构剖面
纳米粒子可以被描绘成巧克力:中心是一个铱坚果,包裹着一层钯,而不是杏仁蛋白软糖,巧克力外面包裹着一层氢。
回收储存的氢只需要添加少量的热量;氢气会迅速从粒子表面释放出来,因为气体分子并不需要从团簇内部挤出来。
Stierle说:“下一步,我们想知道使用这种新方法可以达到怎样的储存密度。”
然而,在实际应用之前,仍有一些挑战需要克服。例如,其他形式的碳结构可能比石墨烯更适合作为载体——专家们正在考虑使用含有微孔的碳海绵。大量的钯纳米颗粒应该能装在里面。
(素材来自:DESY 全球氢能网、新能源网综合) |