Neue Technologien könnten dazu beitragen, tragbare Geräte wie Satellitentelefone und Radios mit Strom zu versorgen.
Laut Forschern der Universität von Buffalo reagieren winzige Siliciumpartikel mit Wasser fast augenblicklich, um Wasserstoff zu produzieren.
In einer Reihe von Experimenten schufen die Wissenschaftler kugelförmige Siliziumpartikel mit einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern. In Kombination mit Wasser reagierten diese Partikel und bildeten Kieselsäure (ein ungiftiges Nebenprodukt) und Wasserstoff - eine potenzielle Energiequelle für Brennstoffzellen.
Eine Nahaufnahme von kugelförmigen Silizium-Nanopartikeln mit einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern. In Nano Letters berichten UB-Wissenschaftler, dass diese Partikel die Grundlage für neue Technologien bilden könnten, die Wasserstoff für tragbare Stromversorgungsanwendungen erzeugen. Bildnachweis: Swihart Research Group, University at Buffalo.
Die Reaktion erforderte weder Licht noch Wärme oder Strom und erzeugte etwa 150-mal so schnell Wasserstoff wie ähnliche Reaktionen unter Verwendung von Siliziumpartikeln, die 100 Nanometer breit und 1.000-mal so schnell waren wie Bulk-Silizium, so die Studie.
Die Ergebnisse wurden online in Nano Letters am 14. Januar veröffentlicht. Die Wissenschaftler konnten überprüfen, ob der Wasserstoff, den sie produzierten, relativ rein war, indem sie ihn erfolgreich in einer kleinen Brennstoffzelle testeten, die einen Lüfter betrieb.
"Wenn es darum geht, Wasser zu spalten, um Wasserstoff zu produzieren, ist Silizium in Nanogröße möglicherweise besser als die naheliegendste Wahl, die die Menschen seit einiger Zeit getroffen haben, beispielsweise Aluminium", sagte der Forscher Mark T. Swihart, Professor für chemische und biologische Verfahrenstechnik an der UB und Direktor von die strategische Stärke der Universität in integrierten nanostrukturierten Systemen.
"Mit der Weiterentwicklung dieser Technologie könnte die Grundlage für einen" Just-Add-Water "-Ansatz zur bedarfsgerechten Erzeugung von Wasserstoff geschaffen werden", sagte der Forscher Paras Prasad, geschäftsführender Direktor des Instituts für Laser, Photonik und Biophotonik (ILPB) von UB und Professor SUNY in den Fachbereichen Chemie, Physik, Elektrotechnik und Medizin der UB. "Die praktischste Anwendung wäre für tragbare Energiequellen."
Swihart und Prasad leiteten die Studie, die von UB-Wissenschaftlern durchgeführt wurde, von denen einige mit der Nanjing-Universität in China oder der Korea-Universität in Südkorea verbunden sind. Folarin Erogbogbo, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ILPB der UB und Doktorand der UB, war Erstautor.
Die Geschwindigkeit, mit der die 10-Nanometer-Partikel mit Wasser reagierten, überraschte die Forscher. In weniger als einer Minute ergaben diese Partikel mehr Wasserstoff als die 100-Nanometer-Partikel in etwa 45 Minuten. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit für die 10-Nanometer-Partikel war etwa 150-mal so schnell.
Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme von kugelförmigen Siliziumnanopartikeln mit einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern. Diese Partikel, die in einem UB-Labor erzeugt wurden, reagieren mit Wasser, um schnell Wasserstoff zu produzieren. Dies geht aus neuen Untersuchungen von UB hervor. Bildnachweis: Swihart Research Group, University at Buffalo.
Swihart sagte, die Abweichung sei auf die Geometrie zurückzuführen. Bei ihrer Reaktion bilden die größeren Teilchen nicht-kugelförmige Strukturen, deren Oberflächen weniger leicht und weniger gleichmäßig mit Wasser reagieren als die Oberflächen der kleineren kugelförmigen Teilchen, sagte er.
Obwohl die Herstellung der superkleinen Siliziumkugeln viel Energie und Ressourcen erfordert, könnten die Partikel dazu beitragen, tragbare Geräte in Situationen mit Strom zu versorgen, in denen Wasser zur Verfügung steht und die Mobilität wichtiger ist als niedrige Kosten. Militäroperationen und Campingausflüge sind zwei Beispiele für solche Szenarien.
"Es war bisher unbekannt, dass wir so schnell Wasserstoff aus Silizium erzeugen können, einem der am häufigsten vorkommenden Elemente der Erde", sagte Erogbogbo. „Die sichere Speicherung von Wasserstoff war ein schwieriges Problem, obwohl Wasserstoff ein hervorragender Kandidat für alternative Energien ist. Eine der praktischen Anwendungen unserer Arbeit wäre die Bereitstellung von Wasserstoff für Brennstoffzellen. Es könnten Militärfahrzeuge oder andere tragbare Anwendungen sein, die sich in der Nähe von Wasser befinden. “
„Vielleicht nehme ich statt eines Benzin- oder Dieselgenerators und von Kraftstofftanks oder großen Batteriepacks zum Campingplatz (zivil oder militärisch), wo Wasser verfügbar ist, eine Wasserstoffbrennstoffzelle (viel kleiner und leichter als der Generator) und etwas Kunststoff mit Kartuschen aus Siliziumnanopulver gemischt mit einem Aktivator “, sagte Swihart und stellte sich zukünftige Anwendungen vor. "Dann kann ich mein Satellitenradio und Telefon, GPS, Laptop, Beleuchtung usw. mit Strom versorgen. Wenn ich die Zeit richtig einstelle, kann ich möglicherweise sogar die überschüssige Wärme, die durch die Reaktion entsteht, zum Aufwärmen von Wasser und zum Zubereiten von Tee verwenden."
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