Благодаря новому подходу к созданию аэрогелей удалось получить в 70 раз больше водорода, чем при использовании существующих методов! Это может обеспечить получение водородной энергии в промышленных масштабах.
анонсы и реклама

Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Applied Materials & Interfaces, группа ученых создала новый аэрогель, который повышает эффективность преобразования света в водородную энергию, производя "до 70 раз больше водорода", чем альтернативные методы. Это может стать началом нового способа производства водородного топлива в промышленных масштабах. В результате появятся автомобили, работающие на водороде, новые силовые установки для самолетов и возможно, энергосистемы будущего. 

реклама


Пинцет с аэрогелем в форме таблетки, состоящим из наночастиц палладия (Pd) и  диоксида (TiO2), легированного азотом (N). (Фото: Markus Niederberger / ETH Zurich)

 

Легированные наночастицы могут поглощать больше солнечного света

Аэрогели - настолько удивительные и эффективные материалы, что они десятки раз попадали  в книгу рекордов Гиннеса. Так например самое легкое в мире твердое вещество тоже является аэрогелем.

Аэрогели на основе наночастиц могут служить фотокатализатором, который позволяет ускорять химические реакции (в присутствии солнечного света) для получения важных в современном мире веществ, в том числе водорода. Оптимальным материалом для производства фотокатализаторов является полупроводник диоксид титана (TiO2). Но у диоксида титана есть серьезный недостаток: он поглощает только ультрафиолетовое излучение, что составляет всего 5% от всего потока солнечного излучения. Чтобы задействовать их в энергетике, фотокатализаторы должны работать более эффективно и использовать более широкий диапазон длин волн.

Именно эту цель поставили перед собой профессор Маркус Нидербергер и его команда из лаборатории многофункциональных материалов ETH Zurich (Швейцарская высшая техническая школа Цюриха). Аспирант Нидербергера, Джунгоу Квон, искала новые и альтернативные методы повышения эффективности аэрогелей, полученных из наночастиц диоксида титана (TiO2). Она обнаружила, что при "легировании" наночастиц TiO2 азотом, (в результате чего отдельные атомы кислорода заменяются атомами азота), аэрогель становится способным поглощать даже видимые части солнечного спектра. Кроме того, этот процесс позволил сохранить пористую структуру аэрогеля.

   

Изображение губкоподобной внутренней структуры аэрогеля. (Изображение SEM: Лаборатория многофункциональных материалов / ETH Zurich) 

 

Аэрогели с использованием палладия могут генерировать в 70 раз больше водорода

Для производства аэрогеля Квон сначала использовала наночастицы диоксида титана TiO2 в сочетании с небольшим количеством благородного металла палладия (Pd). Использование палладия в данном случае является обязательным, поскольку это важный элемент в фотокаталитическом производстве водорода.

Далее Квон поместила аэрогель, резервуар, в который подавался газообразный аммиак, заставляя атомы азота (N) встраиваться в кристаллическую структуру наночастиц TiO2,  сообщается на сайте ETH Zurich. 


Аэрогель: гель, состоящий из микропористого твердого вещества, в котором в роли дисперсной фазы выступает газ.

 

Для того чтобы проверить, действительно ли аэрогель, модернизированный подобным образом, может повысить эффективность необходимой химической реакции ( преобразования метанола (CH3OH)  и воды в водород), Квон изготовила специальный реактор. Затем она ввела в аэрогель водяной пар и метанол, после чего облучила смесь светодиодными лампами. В результате образовалось газообразное вещество, которое проникало через поры аэрогеля, где на поверхности диоксида титана (TiO2) и наночастиц палладия (Pd) оно превращалось в водород H2

Хотя Квон завершил эксперимент через пять дней, реакция оставалась стабильной на протяжении всего испытания. "Возможно, процесс был бы стабилен и дольше", - сказал Нидербергер в блоге ETH Zurich. "Для промышленного применения важно, чтобы процесс был стабильным максимально долго".  И, что не менее важно, добавление благородного металла палладия значительно повысило эффективность протекания реакции. Другими словами, сочетание аэрогелей с палладием позволяет генерировать в 70 раз больше водорода, чем другие альтернативные способы. Это может стать основой нового более совершенного метода производства водорода в промышленных масштабах, не только как способ избавить автомобили и воздушный транспорт от ископаемого топлива, но и для создания более мощных энергосистем. 

Аэрогель VS Огонь VS Вода

анонсы и реклама


Источник:  https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2021/11/airy-and-efficient.html
6
Показать комментарии (6)

Популярные новости

Сейчас обсуждают