L'aluminium est un métal hautement réactif qui peut extraire l'oxygène des molécules d'eau pour générer de l'hydrogène gazeux. Son utilisation généralisée dans les produits qui se mouillent ne présente aucun danger car l'aluminium réagit instantanément avec l'air pour acquérir une couche d'oxyde d'aluminium, qui bloque les réactions ultérieures.

Pendant des années, les chercheurs ont essayé de trouver des moyens efficaces et rentables d'utiliser la réactivité de l'aluminium pour générer de l'hydrogène propre. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'UC Santa Cruz montre qu'un composite de gallium et d'aluminium facilement produit crée des nanoparticules d'aluminium qui réagissent rapidement avec l'eau à température ambiante pour produire de grandes quantités d'hydrogène. Le gallium a été facilement récupéré pour être réutilisé après la réaction, ce qui donne 90 % de l'hydrogène qui pourrait théoriquement être produit à partir de la réaction de tout l'aluminium dans le composite.

"Nous n'avons besoin d'aucun apport d'énergie, et l'hydrogène bouillonne comme un fou. Je n'ai jamais rien vu de tel", a déclaré Scott Oliver, professeur de chimie à l'UCSC.

Oliver et Bakthan Singaram, professeur de chimie et de biochimie, sont les auteurs correspondants d'un article sur les nouvelles découvertes, publié le 14 février dans Applied Nano Materials .

La réaction de l'aluminium et du gallium avec l'eau est connue depuis les années 1970, et des vidéos de celle-ci sont faciles à trouver en ligne. Cela fonctionne parce que le gallium, un liquide juste au-dessus de la température ambiante, élimine le revêtement passif d'oxyde d'aluminium, permettant un contact direct de l'aluminium avec l'eau. La nouvelle étude comprend cependant plusieurs innovations et découvertes inédites qui pourraient déboucher sur des applications pratiques.

Une demande de brevet américain est en cours sur cette technologie.

Singaram a déclaré que l'étude est née d'une conversation qu'il a eue avec un étudiant, le co-auteur Isai Lopez, qui avait vu des vidéos et commencé à expérimenter la génération d'hydrogène aluminium-gallium dans sa cuisine.

"Il ne le faisait pas de manière scientifique, alors je l'ai mis en place avec un étudiant diplômé pour faire une étude systématique. J'ai pensé que cela ferait une bonne thèse pour lui de mesurer la production d'hydrogène à partir de différents rapports de gallium et d'aluminium. ", a déclaré Singaram.

Les études précédentes avaient principalement utilisé des mélanges d'aluminium et de gallium riches en aluminium, ou dans certains cas des alliages plus complexes. Mais le laboratoire de Singaram a découvert que la production d'hydrogène augmentait avec un composite riche en gallium. En fait, le taux de production d'hydrogène était si étonnamment élevé que les chercheurs ont pensé qu'il devait y avoir quelque chose de fondamentalement différent dans cet alliage riche en gallium.

Oliver a suggéré que la formation de nanoparticules d'aluminium pourrait expliquer l'augmentation de la production d'hydrogène, et son laboratoire disposait de l'équipement nécessaire à la caractérisation à l'échelle nanométrique de l'alliage. En utilisant la microscopie électronique à balayage et la diffraction des rayons X, les chercheurs ont montré la formation de nanoparticules d'aluminium dans un composite gallium-aluminium 3:1, qu'ils ont trouvé être le rapport optimal pour la production d'hydrogène.

Dans ce composite riche en gallium, le gallium sert à la fois à dissoudre le revêtement d'oxyde d'aluminium et à séparer l'aluminium en nanoparticules. "Le gallium sépare les nanoparticules et les empêche de s'agréger en particules plus grosses", a déclaré Singaram. "Les gens ont eu du mal à fabriquer des nanoparticules d'aluminium, et ici nous les produisons dans des conditions normales de pression atmosphérique et de température ambiante."

La fabrication du composite ne nécessitait rien de plus qu'un simple mélange manuel.

"Notre méthode utilise une petite quantité d'aluminium, ce qui garantit que tout se dissout dans le gallium majoritaire sous forme de nanoparticules discrètes", a déclaré Oliver. "Cela génère une quantité d'hydrogène beaucoup plus importante, presque complète par rapport à la valeur théorique basée sur la quantité d'aluminium. Cela facilite également la récupération du gallium en vue de sa réutilisation."

Le composite peut être fabriqué avec des sources d'aluminium facilement disponibles, y compris des feuilles ou des canettes usagées, et le composite peut être stocké pendant de longues périodes en le recouvrant de cyclohexane pour le protéger de l'humidité.

Bien que le gallium ne soit pas abondant et soit relativement cher, il peut être récupéré et réutilisé plusieurs fois sans perdre en efficacité, a déclaré Singaram. Il reste à voir, cependant, si ce processus peut être mis à l'échelle pour être pratique pour la production commerciale d'hydrogène. + Explorer plus loin

Examen du comportement de l'hydrogène dans les alliages d'aluminium