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根據最近發表在《應用材料與界面》雜志上的一項研究，一個科學家團隊已經創造了一種新的氣凝膠，它提高了將光轉化為氫能的效率，產生的氫氣是其他方法的“70倍多”。
而且，如果有足夠的時間，這可能成為工業規模生產氫燃料的新方法的開端。這意味著氫燃料汽車、新型飛機推進系統，還有可能是未來的電網。
“摻雜”納米顆粒可以吸收更多的陽光
如果你錯過了它，氣凝膠是如此令人印象深刻，它們已經打破了十多次吉尼斯世界紀錄，包括成為世界上最輕的固體之一的榮譽地位。基于納米顆粒的氣凝膠可以用作光催化劑，使化學反應(與陽光結合時)成為可能或加速化學反應，從而在現代世界產生極其有用的產品，包括氫。光催化劑的最佳材料是二氧化鈦(TiO2)，它也是一種半導體。但它有一個嚴重的缺陷:它只吸收太陽光中的紫外光譜，而紫外光譜僅占太陽總光芒的5%。為了證明在能源工業中的有效性和實用性，光催化劑需要利用更廣泛的波長光譜。
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這是Markus Niederberger教授和他在蘇黎世聯邦理工大學多功能材料實驗室的團隊的目標。尼德伯格的博士生，Junggou Kwon，已經在尋找新的替代方法來優化由TiO2納米顆粒制成的氣凝膠的效率。她發現，通過將二氧化鈦納米粒子與氮“摻雜”，以確保材料中離散的氧原子被氮原子取代，氣凝膠能夠吸收太陽光譜中更可見的部分。這個過程也使氣凝膠的多孔結構保持完整。
注入鈀的氣凝膠可以產生70倍的氫氣
起初，Kwon使用TiO2納米顆粒和少量的貴金屬鈀合成氣凝膠。鈀是有用的，因為它在光催化氫的生產中起著關鍵作用。但根據瑞士聯邦理工學院網站Zürich上的一篇博客文章，權教授隨后將氣凝膠放入一個反應器中，在反應器中注入氨氣，迫使氮原子嵌入TiO2納米顆粒的晶體結構中。但是為了驗證這種經過修飾的氣凝膠確實能夠提高所期望的化學反應的效率(具體來說，就是將甲醇和水轉化為氫氣)，Kwon建造了一個專門的反應器。然后她將水蒸氣和甲醇插入氣凝膠中，然后用一對LED燈照射混合物。
其結果是一種氣體物質擴散通過氣凝膠的孔隙，在那里它被轉化為TiO2表面所需的氫氣和鈀納米顆粒。雖然權某在5天后結束了實驗，但在整個實驗過程中，反應始終保持穩定。尼德伯格在蘇黎世聯邦理工學院的博客文章中說:“這個過程可能會更穩定。”“尤其是在工業應用方面，盡可能長時間地保持穩定是很重要的。”最關鍵的是，加入貴金屬鈀大大提高了反應的守恒效率。換句話說，將氣凝膠與鈀結合可以產生比其他方法多70倍的氫氣。這可能是一種更先進的工業氫生產新方法的開端，不僅可以使汽車和航空不再使用化石燃料，還可以用于更大的電網。
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