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納米金剛石是高效氫氣提純的關(guān)鍵 還可以幫助實(shí)現(xiàn)零碳的未來

2022-02-07 16:58  來源:cnBeta.COM  瀏覽:  

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題之一。氣候變化。氫氣是一種清潔燃燒的燃料,在燃燒后只留下水。許多國家將氫氣視為實(shí)現(xiàn)零碳未來的途徑,但轉(zhuǎn)向氫氣經(jīng)濟(jì)需要其生產(chǎn)比現(xiàn)在更實(shí)惠。

這張圖片提供了一個抽象的氧化石墨烯片(黑色層)的視覺表現(xiàn),其中嵌入了納米鉆石(明亮的白色點(diǎn))。納米鉆石產(chǎn)生了長距離的靜電力(模糊的白色圓圈),即使在潮濕的條件下也能穩(wěn)定片材,為氫氣的凈化創(chuàng)造了一種有希望的膜材料。

在最近發(fā)表在《自然-能源》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強(qiáng)化復(fù)合膜如何從其潮濕的混合物中凈化氫氣,使氫氣生成過程的效率和成本效益大大增加。

領(lǐng)導(dǎo)iCeMS團(tuán)隊(duì)的Easan Sivaniah教授說:"有幾種可擴(kuò)展的方法來生產(chǎn)氫氣,但氫氣通常以潮濕混合物的形式出現(xiàn),其凈化是一個挑戰(zhàn)。膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的分離過程。但我們需要有合適的膜材料來使其發(fā)揮作用。"

一種石墨的水溶性衍生物氧化石墨烯(GO)可以組裝成一種可用于氫氣凈化的膜,氫氣很容易通過這些過濾器,而較大的分子會被卡住。

在非常潮濕的條件下,氫氣通常與二氧化碳或氧氣分離。GO片是帶負(fù)電的,這導(dǎo)致它們相互排斥。當(dāng)暴露在潮濕的環(huán)境中時,帶負(fù)電荷的片材會更加相互排斥,使水分子積聚在GO片材之間的空間,最終使膜溶解。

共同監(jiān)督這項(xiàng)研究的Behnam Ghalei博士解釋說,在GO片上添加納米二維碼可以解決濕度引起的解體問題。"帶正電的納米金剛石可以抵消膜的負(fù)排斥力,使GO片更加緊湊和耐水"。

該團(tuán)隊(duì)還包括來自日本和國外的其他研究小組。日本同步輻射研究所(SPring-8 / JASRI)的研究人員進(jìn)行了先進(jìn)的X光研究。量子生命科學(xué)研究所(QST)幫助進(jìn)行材料開發(fā)。上海科技大學(xué)(中國)和中央大學(xué)(臺灣地區(qū))參與了最先進(jìn)的材料特性分析。

Sivaniah說:"在我們與QST的Ryuji Igarashi博士的合作中,能夠獲得具有明確尺寸和功能的納米金剛石,如果沒有它,這項(xiàng)研究是不可能的。"重要的是,科研小組擁有一項(xiàng)專利技術(shù),可以在未來以合理的成本擴(kuò)大納米二聚體的生產(chǎn)規(guī)模"。

納米金剛石潛在用途還不止氫氣生產(chǎn)。膜技術(shù)也可以通過有效地去除濕度來徹底改變工業(yè)生產(chǎn)的游戲規(guī)則,濕度控制在其他一些領(lǐng)域也至關(guān)重要,包括制藥、半導(dǎo)體和鋰離子電池生產(chǎn)。空調(diào)是最低效的冷卻方式之一,因?yàn)橛糜隍?qū)動空調(diào)的大量電力被用于去除濕度,產(chǎn)生更多的二氧化碳排放,并造成全球變暖的惡性循環(huán)。

日本政府已經(jīng)建立了一個200億美元的綠色創(chuàng)新基金,以支持主要行業(yè)參與者和為市場帶來新技術(shù)的創(chuàng)業(yè)企業(yè)之間的聯(lián)合合作。

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