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根据最近发表在《应用材料与界面》杂志上的一项研究，一个科学家团队已经创造了一种新的气凝胶，它提高了将光转化为氢能的效率，产生的氢气是其他方法的“70倍多”。
而且，如果有足够的时间，这可能成为工业规模生产氢燃料的新方法的开端。这意味着氢燃料汽车、新型飞机推进系统，还有可能是未来的电网。
“掺杂”纳米颗粒可以吸收更多的阳光
如果你错过了它，气凝胶是如此令人印象深刻，它们已经打破了十多次吉尼斯世界纪录，包括成为世界上最轻的固体之一的荣誉地位。基于纳米颗粒的气凝胶可以用作光催化剂，使化学反应(与阳光结合时)成为可能或加速化学反应，从而在现代世界产生极其有用的产品，包括氢。光催化剂的最佳材料是二氧化钛(TiO2)，它也是一种半导体。但它有一个严重的缺陷:它只吸收太阳光中的紫外光谱，而紫外光谱仅占太阳总光芒的5%。为了证明在能源工业中的有效性和实用性，光催化剂需要利用更广泛的波长光谱。
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这是Markus Niederberger教授和他在苏黎世联邦理工大学多功能材料实验室的团队的目标。尼德伯格的博士生，Junggou Kwon，已经在寻找新的替代方法来优化由TiO2纳米颗粒制成的气凝胶的效率。她发现，通过将二氧化钛纳米粒子与氮“掺杂”，以确保材料中离散的氧原子被氮原子取代，气凝胶能够吸收太阳光谱中更可见的部分。这个过程也使气凝胶的多孔结构保持完整。
注入钯的气凝胶可以产生70倍的氢气
起初，Kwon使用TiO2纳米颗粒和少量的贵金属钯合成气凝胶。钯是有用的，因为它在光催化氢的生产中起着关键作用。但根据瑞士联邦理工学院网站Zürich上的一篇博客文章，权教授随后将气凝胶放入一个反应器中，在反应器中注入氨气，迫使氮原子嵌入TiO2纳米颗粒的晶体结构中。但是为了验证这种经过修饰的气凝胶确实能够提高所期望的化学反应的效率(具体来说，就是将甲醇和水转化为氢气)，Kwon建造了一个专门的反应器。然后她将水蒸气和甲醇插入气凝胶中，然后用一对LED灯照射混合物。
其结果是一种气体物质扩散通过气凝胶的孔隙，在那里它被转化为TiO2表面所需的氢气和钯纳米颗粒。虽然权某在5天后结束了实验，但在整个实验过程中，反应始终保持稳定。尼德伯格在苏黎世联邦理工学院的博客文章中说:“这个过程可能会更稳定。”“尤其是在工业应用方面，尽可能长时间地保持稳定是很重要的。”最关键的是，加入贵金属钯大大提高了反应的守恒效率。换句话说，将气凝胶与钯结合可以产生比其他方法多70倍的氢气。这可能是一种更先进的工业氢生产新方法的开端，不仅可以使汽车和航空不再使用化石燃料，还可以用于更大的电网。
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