1g铝合金粉可制得1.30L氢气！制氢新方法将实现无温室气体氢能源面临的主要挑战之一是

氢能源面临的主要挑战之一是清洁生产，但同时也要经济实惠。曾经有研究机构发现，制氢过程中会产生大量温室气体排放，以煤制氢为例，制备一公斤氢气会排放大约10公斤二氧化碳。而采用电解水制备同样数量的氢则要消耗48度电，按一度电产生0.785千克二氧化碳计算，电解水制备1公斤氢气约产生37.68公斤二氧化碳排放，低碳制氢已经成为行业发展的症结所在。
近日，美国麻省理工学院科研人员研究出一种新的制氢方法，使用铝和水生产的新型氢燃料。通过使用铝和水来产生氢气，整个过程不会排放任何温室气体。
采用铝和水相结合的氢燃料制氢方法可使氢气更具实用性。麻省理工学院机械工程教授道格拉斯·P·哈特说：“从根本上说，铝能够成为一种储存氢的机制，而且是一种非常有效的机制。使用铝作为我们的原料，我们可以变相的‘存储’氢，其密度是我们以压缩气体的形式存储的10倍。 ”
铝+水制氢要求高
虽然理论上可以实现铝+水制氢，但在反应过程中对其要求是非常高的。
首先，要确保金属铝表面是干净的，这样它才能与水发生反应。在这方面，首先必须采用一种实用的方法来改性铝的氧化层。然后，在反应发生时，还必须有一种防止它重新形成的方法。

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LaureenMeroueh博士
“如果我们要在实际应用中使用废铝产生氢气，我们需要能够更好地预测我们将从铝水反应中观察到的氢气产生特性， ”LaureenMeroueh博士说。
由于反应的基本步骤尚不清楚，因此很难预测从废铝中形成氢的速率和体积，其中可能包含不同类型和浓度的合金元素。因此， Hart、Meroueh和麻省理工学院材料科学与工程系教授ThomasW.Eagar决定以系统的方式研究这些合金元素对铝水反应的影响，以及防止形成氧化层的技术。
为了准备，他们让NovelisInc.的专家制造了纯铝和特定的铝合金样品，这些样品由商业纯铝与0.6%的硅（按重量计）、1%的镁或两者混合制成——这是典型的废铝成分。麻省理工学院的研究人员使用这些样品进行了一系列测试，以探索铝水反应的不同方面。
处理铝材成为关键
由于整个反应过程对于铝材的要求非常高，因此，处理好铝材成为重要的步骤。
第一步是展示一种有效的方法来穿透铝金属表面形成的氧化层。固体铝由微小的颗粒组成，这些颗粒与边界不完全对齐。为了最大限度地提高氢气产量，研究人员需要防止在所有这些内部晶粒表面上形成氧化层。
研究小组已经尝试了各种方法来保持铝颗粒“活化”以与水反应。有些人将废料样品粉碎成非常小的颗粒，以至于氧化层无法粘附。但是铝粉是危险的，因为它们会与湿气发生反应并爆炸。另一种方法是磨碎废料样品并添加液态金属以防止氧化物沉积。但研磨是一个昂贵且耗能的过程。
对Hart、Meroueh和Eagar而言，最有前途的方法（由JonathanSlocum在Hart的研究小组工作时首次引入）涉及通过在顶部涂上液态金属来预处理固体铝，并让它们渗透到晶界。
为了确定这种方法的有效性，研究人员需要确认液态金属会到达内部晶粒表面，无论是否存在合金元素。他们必须确定液态金属需要多长时间才能覆盖纯铝及其合金的所有颗粒。

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试验反应示意图
他们首先将两种金属——镓和铟——按特定比例混合，形成一种“共晶”混合物；也就是说，在室温下会保持液态的混合物。他们在样品上涂上共晶，并允许其渗透48到96小时。然后他们将样品暴露在水中并监测氢气产量和流速250分钟。 48小时后，他们还拍摄了高倍扫描电子显微镜(SEM)图像，以便观察相邻铝晶粒之间的边界。
根据氢产率测量值和SEM图像，麻省理工学院团队得出结论，镓-铟共晶物确实会自然渗透并到达内部晶粒表面。然而，渗透的速度和程度因合金而异。掺硅铝样品的渗透速率与纯铝样品相同，但在掺镁样品中较慢。
也许最有趣的是掺杂硅和镁的样品的结果——这是一种经常在回收材料中发现的铝合金。硅和镁化学键合形成硅化镁，它作为固体沉积物出现在内部晶粒表面。 Meroueh假设，当废铝中同时存在硅和镁时，这些沉积物可以充当阻碍镓-铟共晶流动的屏障。
实验和图像证实了她的假设：固体沉积物确实起到了屏障的作用，预处理48小时的样品图像显示渗透不完全。显然，长时间的预处理对于最大限度地提高来自含硅和镁的铝废料的氢气产量至关重要。