能源的未来就在眼前。
根据最近发表在《应用材料与界面》杂志上的一项研究，一组科学家创造了一种新的气凝胶，可以提高将光转化为氢能的效率，比竞争对手的方法产生“高达 70 倍的氢气”。
而且，如果有足够的时间，这可能成为以工业规模生产氢燃料的新方法的开始。这意味着氢燃烧车辆、新型飞机推进器，以及未来的电网。
“掺杂”纳米粒子可以吸收更多的阳光
万一你错过了，气凝胶是如此令人印象深刻，它们已经创造了十几次吉尼斯世界纪录，包括成为世界上最轻的固体之一的荣誉地位。基于纳米粒子的气凝胶可用作光催化剂，它能够或加速化学反应(与阳光结合时)以生产现代世界中非常有用的产品，包括氢。光催化剂的最佳材料是二氧化钛(TiO2)，它也是一种半导体。但它有一个严重的缺陷：它只吸收太阳光的紫外线光谱，仅占太阳总照度的 5%。为了证明其在能源行业中的有效性和实用性，光催化剂需要利用更广的波长范围。
这是苏黎世联邦理工学院多功能材料实验室的 Markus Niederberger 教授及其团队的目标。Niederberger 的博士生 Junggou Kwon 一直在寻找新的替代方法来优化由 TiO2 纳米粒子锻造的气凝胶的效率。她发现，通过用氮“掺杂”二氧化钛纳米粒子以确保材料中离散的氧原子被氮原子取代，气凝胶能够吸收太阳光谱中更可见的部分。这个过程还允许气凝胶的多孔结构保持完整。
注入钯的气凝胶可以产生 70 倍以上的氢气
起初，Kwon 使用 TiO2 纳米颗粒和少量贵金属钯生产气凝胶。钯很有用，因为它在光催化制氢中起着关键作用。但根据网站上的一篇博客文章，Kwon 随后将气凝胶放入反应器中，在那里注入氨气，迫使氮原子嵌入 TiO2 纳米颗粒的晶体结构中。位于苏黎世的瑞士联邦理工学院。但是为了验证像这样修改的气凝胶实际上可以提高所需化学反应的效率(特别是将甲醇和水转化为氢气)，Kwon 建造了一个专门的反应器。然后她将水蒸气和甲醇注入气凝胶中，然后用一对 LED 灯照射混合物。
结果是一种气态物质通过气凝胶的孔扩散，在那里它被转化为二氧化钛表面上所需的氢和钯纳米颗粒。虽然 Kwon 在五天后结束了实验，但反应在整个测试过程中保持稳定。“这个过程可能会更稳定，”Niederberger 在苏黎世联邦理工学院的博客文章中说。“特别是在工业应用方面，重要的是它尽可能长时间保持稳定。”最重要的是，加入贵金属钯大大提高了反应的守恒效率。换句话说，将气凝胶与钯结合可以产生高达70 倍的氢气比其他替代方式。这可能是一种新的更先进的工业规模制氢方法的开端，不仅可以让汽车和航空旅行摆脱化石燃料，还可以用于更大的电网。
