Nanoparticelle di alluminio e idrogeno: nuovo studio

I ricercatori dell’Università della California Santa Cruz hanno sviluppato un metodo semplice per creare nanoparticelle di alluminio che scindono l’acqua e generano idrogeno gassoso a temperatura ambiente.

Per anni, i ricercatori hanno cercato di trovare metodi efficienti ed economici per utilizzare la reattività dell’alluminio e generare idrogeno pulito. Un nuovo studio condotto dai ricercatori del UCSC mostra che un composto di gallio e alluminio, facilmente prodotto, crea nanoparticelle di alluminio che reagiscono rapidamente con l’acqua a temperatura ambiente per produrre grandi quantità di idrogeno. Il gallio è stato facilmente recuperato per essere riutilizzato dopo la reazione.

L’alluminio è un metallo altamente reattivo che può rimuovere l’ossigeno dalle molecole d’acqua per liberare idrogeno gassoso. Il suo uso diffuso in prodotti che si bagnano non rappresenta però un pericolo come facilmente verificabile. L’alluminio reagisce istantaneamente con l’aria per acquisire un rivestimento di ossido di alluminio, che blocca ulteriori reazioni.

“Non abbiamo bisogno di alcun apporto di energia per fa bollire idrogeno come un matto. Non ho mai visto niente di simile”, ha detto il professore di chimica della UCSC Scott Oliver.

Oliver e Bakthan Singaram, professore di chimica e biochimica, sono gli autori dell’articolo su queste nuove scoperte, pubblicato su Applied Nano Materials.

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La reazione dell’alluminio e del gallio con l’acqua è nota sin dagli anni ’70. Funziona perché il gallio, allo stato liquido appena al di sopra della temperatura ambiente, rimuove il rivestimento passivo di ossido di alluminio. Consentendo così il contatto diretto dell’alluminio con l’acqua. Il nuovo studio, tuttavia, include numerose innovazioni e nuove scoperte che potrebbero portare ad applicazioni pratiche. Una domanda di brevetto statunitense è in attesa di approvazione per questa tecnologia.

Singaram rivela che lo studio è nato da una conversazione che ha avuto con uno studente, il coautore Isai Lopez. Lopez aveva visto alcuni video e aveva iniziato a sperimentare la generazione di idrogeno da alluminio-gallio nella sua cucina di casa.

“Non lo stava facendo in modo scientifico, quindi l’ho messo in contatto con uno studente laureato per fare uno studio sistematico. Ho pensato che sarebbe stata una buona tesi di laurea per lui misurare la produzione di idrogeno da diversi rapporti di gallio e alluminio”. Così Singaram.

Studi precedenti avevano utilizzato principalmente miscele di alluminio e gallio particolarmente ricche di alluminio. Ma il laboratorio di Singaram ha scoperto che la produzione di idrogeno è aumentata con un composito ricco di gallio.

Oliver ipotizza che la formazione di nanoparticelle di alluminio potrebbe spiegare l’aumento della produzione di idrogeno. Ed il suo laboratorio aveva l’attrezzatura necessaria per la caratterizzazione su scala nanometrica della lega utilizzata. Usando la microscopia elettronica a scansione e la diffrazione a raggi X, i ricercatori hanno mostrato la formazione di nanoparticelle di alluminio in un composito gallio-alluminio 3:1. Hanno scoperto essere il rapporto ottimale per la produzione di idrogeno

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Bolle di idrogeno gassoso sono generate dalla reazione dell’acqua con un composito alluminio-gallio. I filmati della reazione sono disponibili online. (Credit: Amberchan et al., Applied Nano Materials 2022)
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Nanoparticelle di alluminio in una matrice di gallio. (Credit: Amberchan et al., Applied Nano Materials 2022)

In questo composito ricco di gallio, il gallio serve sia per dissolvere il rivestimento di ossido di alluminio sia per separare l’alluminio in nanoparticelle. “Il gallio separa le nanoparticelle e impedisce loro di aggregarsi in particelle più grandi. Qui stiamo producendo nanoparticelle di alluminio a pressione atmosferica e condizioni di temperatura ambiente normali” aggiunge Singaram.

Come confermato da Oliver, il nuovo metodo utilizza una piccola quantità di alluminio. E questo assicura che tutto si dissolva nella maggior parte del gallio sotto forma di nanoparticelle discrete. Questo genera una quantità di idrogeno molto maggiore, quasi completa rispetto al valore teorico basato sulla quantità di alluminio. E rende più facile il recupero del gallio per il riutilizzo. A detta di Oliver questo è un fattore decisivo vista la scarsità generale di gallio.

Il composito può essere realizzato con fonti di alluminio prontamente disponibili, compresi fogli o lattine usati. E il composito può essere conservato per lunghi periodi con opportuni accorgimenti.

I prossimi passi della ricerca saranno orientati a capire se questo processo può essere ampliato. Ed essere utilizzato nella pratica per la produzione commerciale di idrogeno.

Fonte: UC SANTA CRUZ Newscenter Traduzione a cura della redazione di dday.it

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Redazione

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