气凝胶可以清洁水,净化氢气

美国能源部的科学家’得益于创新型多孔材料的发现,阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)已经确定了一种净化污染水并潜在地净化用于燃料电池的氢气的新技术。

Argonne材料科学家Peter Chupas和Mercouri Kanatzidis以及西北和密歇根州立大学的同事在Argonne创造并表征了多孔半导体气凝胶’s高级光子源(APS)。然后,研究人员将一克的气凝胶浸没在汞污染的水溶液中,发现该凝胶去除了99.99%以上的重金属。研究人员认为,这些凝胶不仅可以用于这种环境净化,还可以从氢气中去除可能损坏潜在氢燃料电池中催化剂的杂质。

“当人们谈论氢经济时,他们的主要问题之一’问:‘你能使氢气足够纯净吗?’毒害催化剂?” Chupas said. “While there’在推动氢存储和制造燃料电池方面一直是巨大的推动力,而对于寻找清洁的氢从何而来的寻找动力却几乎没有那么大。”

预期由硫族化物形成的气凝胶-分子以元素周期表中位于氧气正下方的元素为中心-有望像从水中的汞一样,从氢气中分离出杂质,就像从水中汞一样。筛子或选择性渗透膜的一种。凝胶独特的化学和物理结构将使研究人员能够“tune”它们的孔径或组成,以便从氢气流中分离出特定的毒物。

“您可以放入与溪流中的有毒物质结合的元素,或与氢结合的元素,这样就让其他所有东西都掉了,”丘帕斯说。他解释说,例如,用开放的铂位点制成的凝胶会提取一氧化碳,这是一种常见的催化剂毒物。

卡纳齐迪斯说,研究团队原本并不打算制造气凝胶,但是他们的发现被证明是幸运的。最初,研究人员使用表面活性剂生产多孔半导体粉末而不是凝胶。当一位研究人员在没有表面活性剂的情况下进行合成反应时,他注意到凝胶会一次又一次地形成。“当我们看到这些硫族化物会形成凝胶时,我们感到惊讶,” said Kanatzidis. “我们将烧瓶倒置,没有任何流动。”

他说,一般而言,此类反应只会在烧瓶底部产生令人讨厌的沉淀,因此在这种情况下,“我们知道我们有一些特别的东西。”

卡纳齐迪斯和他的同事们认识到,气凝胶比粉末具有一个显着的优势:因为材料保持了内聚力,所以具有很大的表面积。卡纳齐迪斯说,一立方厘米的气凝胶的表面积可能像足球场一样大。他说,材料的表面积越大,它可以更有效地结合其他分子。

分子过滤的先前实验是使用氧化物而不是硫属元素化物作为其化学成分。尽管氧化物往往是绝缘体,但大多数硫族化物是半导体,因此可以研究其电学和光学特性。 Kanatzidis希望检查这些新凝胶的光催化性能,以确定它们是否可以帮助生产氢,而不仅仅是过滤氢。

与具有一致的远程结构的周期性材料不同,西北和阿贡研究人员形成的凝胶高度无序。结果,常规的晶体学技术将不能有效地揭示凝胶的结构和行为。然而,APS产生的高能X射线使科学家能够准确读取这些杂乱无章的材料中的原子距离。“这是APS真正出类拔萃的地方。它’是唯一拥有进行此类测量的专用设备的地方,它使您可以免去很多关于可以和不可以看到哪种材料的旧假设,” Chupas said.

该论文题为“来自硫族化物簇的多孔半导体凝胶和气凝胶,”刊登在7月27日的《科学》杂志上。

国家科学基金会的资助支持了对多孔半导体表面活性剂的初步研究。美国能源部,科学办公室,基础能源科学办公室支持使用APS。

Argonne国家实验室拥有来自60多个国家的员工,将世界推向了世界’最聪明的科学家和工程师一起寻找令人激动和创新的新解决方案,以解决紧迫的国家科学技术问题。国家’Argonne是第一个国家实验室,几乎在所有科学学科中都进行领先的基础和应用科学研究。 Argonne研究人员与数百家公司,大学以及联邦,州和市级机构的研究人员紧密合作,以帮助他们解决特定问题,推动美国发展‘的科学领导力,为国家的美好未来做好准备。 Argonne由美国能源部的UChicago Argonne,LLC管理’s Office of Science.

http://www.anl.gov



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