(Phys.org) — Superkleine siliciumdeeltjes reageren met water om vrijwel onmiddellijk waterstof te produceren, volgens onderzoekers van de Universiteit van Buffalo.

In een reeks experimenten, de wetenschappers creëerden bolvormige siliciumdeeltjes met een diameter van ongeveer 10 nanometer. In combinatie met water, deze deeltjes reageerden om kiezelzuur (een niet-toxisch bijproduct) en waterstof te vormen - een potentiële energiebron voor brandstofcellen.

De reactie had geen licht nodig, warmte of elektriciteit, en creëerde ook waterstof ongeveer 150 keer sneller dan vergelijkbare reacties met behulp van siliciumdeeltjes van 100 nanometer breed, en 1, 000 keer sneller dan bulksilicium, volgens de studie.

De bevindingen verschenen online in Nano-letters op 14 januari. De wetenschappers konden verifiëren dat de waterstof die ze maakten relatief zuiver was door het met succes te testen in een kleine brandstofcel die een ventilator aandreef.

"Als het gaat om het splitsen van water om waterstof te produceren, silicium op nanoschaal is misschien beter dan meer voor de hand liggende keuzes die mensen al een tijdje hebben bestudeerd, zoals aluminium, " zei onderzoeker Mark T. Swihart, UB-hoogleraar chemische en biologische technologie en directeur van de universiteit's Strategic Strength in Integrated Nanostructured Systems.

"Met verdere ontwikkeling, deze technologie zou de basis kunnen vormen van een 'gewoon water toevoegen'-benadering voor het genereren van waterstof op aanvraag, " zei onderzoeker Paras Prasad, uitvoerend directeur van UB's Institute for Lasers, Photonics and Biophotonics (ILPB) en een SUNY Distinguished Professor in UB's Department of Chemistry, Natuurkunde, Elektrotechniek en geneeskunde. "De meest praktische toepassing zou zijn voor draagbare energiebronnen."

Swihart en Prasad leidden de studie, die werd voltooid door UB-wetenschappers, sommigen van hen hebben banden met de Nanjing University in China of de Korea University in Zuid-Korea. Folarin Erogbogbo, een onderzoeksassistent-professor in het ILPB van de UB en een UB-promovendus, was eerste auteur.

De snelheid waarmee de deeltjes van 10 nanometer met water reageerden verraste de onderzoekers. Binnen een minuut, deze deeltjes leverden meer waterstof op dan de deeltjes van 100 nanometer in ongeveer 45 minuten. De maximale reactiesnelheid voor de deeltjes van 10 nanometer was ongeveer 150 keer zo snel.

Swihart zei dat de discrepantie te wijten is aan de geometrie. Terwijl ze reageren, de grotere deeltjes vormen niet-bolvormige structuren waarvan de oppervlakken minder gemakkelijk en minder uniform met water reageren dan de oppervlakken van de kleinere, bolvormige deeltjes, hij zei.

Hoewel het veel energie en middelen kost om de superkleine siliconenballen te produceren, de deeltjes kunnen helpen draagbare apparaten van stroom te voorzien in situaties waar water beschikbaar is en draagbaarheid belangrijker is dan lage kosten. Militaire operaties en kampeertochten zijn twee voorbeelden van dergelijke scenario's.

"Het was voorheen niet bekend dat we zo snel waterstof kunnen maken uit silicium, een van de meest voorkomende elementen van de aarde, Erogbogbo zei. "Veilige opslag van waterstof is een moeilijk probleem geweest, hoewel waterstof een uitstekende kandidaat is voor alternatieve energie, en een van de praktische toepassingen van ons werk zou het leveren van waterstof voor brandstofcelstroom zijn. Het kunnen militaire voertuigen zijn of andere draagbare toepassingen die zich in de buurt van water bevinden."

"Misschien in plaats van een benzine- of dieselgenerator en brandstoftanks of grote accupakketten mee te nemen naar de camping (civiel of militair) waar water beschikbaar is, Ik neem een ​​waterstofbrandstofcel (veel kleiner en lichter dan de generator) en wat plastic patronen van silicium nanopoeder gemengd met een activator, "Swihart zei, toekomstige toepassingen te bedenken. "Dan kan ik mijn satellietradio en telefoon van stroom voorzien, GPS, laptop, verlichting, enz. Als ik het goed time, Misschien kan ik zelfs de overtollige warmte die vrijkomt bij de reactie gebruiken om wat water op te warmen en thee te zetten."