铝合金使氢燃料走向实用

　　氢蕴含巨大潜力，可用作可再生能源。它惊人地丰富，是宇宙中最丰富的元素，而且环保，用于燃料电池，只排放水。不幸的是，储存和运输氢供个人使用，是一个重大的工程挑战。

　　现在，达拉斯（Dallas）得克萨斯大学（University of Texas）和华盛顿州普尔曼（Pullman）华盛顿州立大学（Washington State University）的一组研究人员，做出了违反直觉的发现，他们发现，铝稍作改进，就可以分解和捕捉单个氢原子，从而有望制成强大而便宜的燃料储存系统。

　　在自然界中，两个氢原子相遇，就会结合起来，形成个非常稳定的分子（H2）。然而，氢分子的存储必须采用高压，而且要在极低的温度，这是不切实际的，因为你是要驱动车辆，或给家庭供电。一个更好的解决办法是找到一种材料，要有易于维护的温度和压力，可以有效存储单个氢原子，并在需要时释放它们。

　　这个工艺的第一步是氢的活化，就是打破连接两个氢原子的化学键，通常的做法是使氢分子暴露于一种催化剂。目前，现有的最佳催化材料都包含所谓的“贵金属”（如钯金和铂金）。这些元素可以有效地活化氢，但很稀缺，昂贵得令人生畏，难以广泛使用。

　　为了找到一种同样有效但较便宜的替代方法，达拉斯得克萨斯大学的首席研究员伊夫J.?沙巴尔（Yves J. Chabal），以及华盛顿州立大学的散坦努?乔德赫瑞（Santanu Chaudhuri）确定了一种潜在的氢活化新方法，这种方法有一个额外的优势，就是可以作为有效的氢存储介质。他们提出的系统采用的是铝，这是一种丰富的惰性金属，在正常情况下，不与氢分子发生反应。

　　关键是要挖掘铝的潜力，研究人员推测，需要在表面浸渍其他一些金属，以有利于催化反应。在这种情况下，研究人员测试了钛（titanium），钛很丰富，远远超过贵金属，而且只是很少量地用于制备掺钛铝合金表面。

　　采用严格控制的温度和压力，研究人员研究了铝表面，特别是在钛原子附近的迹象，因为指示器说明有催化反应发生。“确凿证据”见于一氧化碳（CO）光谱特征（spectroscopic signature），它被添加到系统中，有助于确定氢活动区域。如果氢原子存在，那么，在催化金属中心束缚的一氧化碳所吸收的光，波长就会变短，这就说明这种催化剂在起作用。

　　“我们结合一种新的基于红外反射吸收的表面分析方法，以及基于第一种原则的预测模型，分析催化效率和光谱响应，其中，一氧化碳分子用作探测剂，用于识别氢活化，采用的单晶铝表面包含催化掺杂剂，”乔德赫瑞说。

　　他们的研究显示，在掺钛区域，一氧化碳的红外特征转变为较短的波长，即使在非常低的温度下也是这样。这种“蓝移”（blue shift）迹象，说明氢原子正在产生，就在铝表面催化中心周围。

　　作为氢存储系统的一部分，铝催化剂具有其他的优势，胜过更昂贵的金属。如果这样的技术进步可以提供一条途径，使铝与氢结合起来，形成氢化铝（这种稳定固体的构成比例是一个铝原子配三个氢原子），并把氢气储存为一种高密度固态物质，那么，开发实用燃料系统的关键一步就可以实现。

　　钛可以进一步推进这一过程，因为它有助于铝氢结合，形成氢化铝。如果用作一种燃料存储设备，氢化铝就可以释放它储存的氢，只需要提高它的温度。

　　“虽然钛可能不是最佳的催化中心，用于完全可逆的氢化铝形成，但是，结果首次证明，掺钛铝合金可激活氢，采用的方式可媲美昂贵而不太丰富的金属催化剂，比如钯和其他近地表合金，它们都包含类似的贵金属和双金属类似物，”乔德赫瑞解释说。