Alane заработал свою тупиковую репутацию для использования в автомобилях, потому что для его изготовления из элементов алюминия и водорода в равновесии требуется газообразный водород под давлением около 150 000 фунтов на квадратный дюйм.Исследователи обнаружили, что дефекты атомарного уровня, когда они присутствуют на поверхности алюминия вместе с водородом и титаном, создают условия, необходимые для протекания химической реакции с образованием алана, и без необходимости в водороде при чрезвычайно высоком давлении. Хотя эта работа не готова для основного синтеза, она служит доказательством концепции более эффективного и менее дорогостоящего способа производства алана.
«Alane великолепен, потому что он соответствует всем критериям, выдвинутым Министерством энергетики для транспортных средств на водородных топливных элементах в отношении энергоемкости, веса, температуры системы и стоимости», — сказал Виталий Печарский, научный сотрудник лаборатории Эймса и выдающийся специалист Энсона Марстона из Университета штата Айова. Профессор материаловедения. «Алюминий дешев, водород в изобилии. Есть только одна проблема: его нелегко сделать.
Долгое время считалось, что его невозможно использовать в транспортных средствах из-за огромных трудностей в его производстве».Исследователи объединили прогностические преимущества вычислительного анализа с физическим экспериментом, чтобы решить проблему применяемых материалов.
Наряду с титановыми добавками катализатора и водородом теоретики рассмотрели вакансионные дефекты или отсутствие алюминия на поверхности алюминиевых порошков и установили, что эта комбинация, действующая согласованно, имеет решающее значение для низкоэнергетического образования алана. Поскольку такие дефекты могут быть получены с помощью шаровой мельницы для механического разрушения атомной структуры металла, экспериментаторы измельчили алюминиевые порошки в шаровой мельнице в сочетании с водородом и титаном, и они подтвердили предсказание, произведя AlH3 или алан. В процессе использовалось значительно меньшее давление, всего около 5000 фунтов на квадратный дюйм (или в 30 раз меньшее давление), для создания алана, чем это необходимо для равновесных методов.
«Посредством механохимии вы создаете столько вакансий, сколько сможете в порошке, что увеличивает площадь поверхности, а процесс дает 10% алана», — сказал Дуэйн Джонсон, главный научный сотрудник лаборатории Эймса и профессор энергетики Ф. Венделла Миллера в Кафедра материаловедения и инженерии Университета штата Айова. «Alane легкий, когда он выделяет водород и превращается в алюминий, он становится пригодным для вторичной переработки, как алюминиевые банки, он не находится под давлением и, следовательно, безопасен для использования в транспортных средствах. Хотя 10 процентов еще не является коммерчески рентабельным доходом, наука здесь утверждает. в пределах досягаемости при дальнейших исследованиях и разработках ".
Исследование, проведенное лабораторией Эймса, Университетом штата Айова, Иллинойским университетом Урбана-Шампейн, университетом Висконсин-Мэдисон и университетом Питтсбурга, обсуждается в статье, опубликованной в ChemSusChem.
