納米金剛石是高效氫氣凈化的關(guān)鍵

納米金剛石可能很小，但它們可以幫助解決當(dāng)今人類面臨的最大問(wèn)題之一：氣候變化。

氫是一種清潔燃燒的燃料，消耗后只留下水。許多國(guó)家將氫視為實(shí)現(xiàn)零碳未來(lái)的一種方式，但轉(zhuǎn)向氫經(jīng)濟(jì)需要其生產(chǎn)比現(xiàn)在便宜得多。

在本月發(fā)表在《自然能源》雜志上的一項(xiàng)研究中，由京都大學(xué)綜合細(xì)胞材料科學(xué)研究所 (iCeMS) 領(lǐng)導(dǎo)的研究人員描述了納米金剛石增強(qiáng)復(fù)合膜如何從潮濕的混合物中純化氫氣，從而大大提高制氫過(guò)程的效率和成本-有效的。

“有幾種可擴(kuò)展的方法來(lái)生產(chǎn)氫氣，但氫氣通常是潮濕的混合物，它們的純化是一個(gè)挑戰(zhàn)，”領(lǐng)導(dǎo) iCeMS 團(tuán)隊(duì)的 Easan Sivaniah 教授說(shuō)。“膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的分離過(guò)程。但我們需要合適的膜材料才能使其發(fā)揮作用，”Sivaniah 補(bǔ)充道。

氧化石墨烯 (GO) 是石墨的水溶性衍生物，可以組裝形成可用于氫氣純化的膜。氫氣很容易通過(guò)這些過(guò)濾器，而較大的分子會(huì)被卡住。

氫氣通常在非常潮濕的條件下與 CO2或 O2分離。GO 表帶負(fù)電荷，這導(dǎo)致它們相互排斥。當(dāng)暴露在潮濕環(huán)境中時(shí)，帶負(fù)電的薄片相互排斥甚至更多，使水分子積聚在 GO 薄片之間的空間中，最終溶解膜。

共同監(jiān)督這項(xiàng)研究的 Behnam Ghalei 博士解釋說(shuō)，在 GO 片中添加納米金剛石可以解決濕度引起的崩解問(wèn)題。“帶正電的納米金剛石可以抵消膜的負(fù)斥力，使 GO 片更緊湊和防水。”

該團(tuán)隊(duì)還包括來(lái)自和國(guó)外的其他研究小組。同步輻射研究所 (SPring-8 / JASRI) 的研究人員進(jìn)行了先進(jìn)的 X 射線研究。量子生命科學(xué)研究所 (QST) 幫助開(kāi)發(fā)了材料。上?？萍即髮W(xué)(中國(guó))和中央大學(xué)()參與了最先進(jìn)的材料表征。

“在我們與 QST 的 Ryuji Igarashi 博士的合作中，我們能夠獲得具有明確定義的尺寸和功能的納米金剛石，沒(méi)有這些，研究就不可能進(jìn)行，”Sivaniah 說(shuō)。“重要的是，五十嵐的集團(tuán)擁有一項(xiàng)專利技術(shù)，可以在未來(lái)以合理的成本擴(kuò)大納米金剛石的生產(chǎn)規(guī)模。”

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