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国科大本科生揭开液态金属研究新面纱

中国科学院大学2019-07-05 23:45:18



近期,中国科学院理化技术研究所低温生物与医学实验室首次报道了一种独特的液态金属产氢现象:常温条件下浸没于NaOH 溶液中的液态镓铟合金会在其表面持续产生类似于火山喷发一般的柱状氢气流,相应研究发表于Applied Physics Letters。


文章第一作者为国科大14级本科生赵瑞琪。据悉,该研究始于2016年暑假实习期间,指导教师为饶伟,刘静两位研究员。


液态金属

近年来,围绕液态金属物质科学的研究在国际上引发了持续广泛的关注。其中,镓基液态金属触发型产氢机制的发现尤其开辟了一条崭新的氢能利用途径。此类方法中,铝或其他金属颗粒的加载是导致产氢的主要机制。然而,此次理化所小组的工作却改变了这一基本认识,即:从浸没于电解液中的纯液态合金上,也可发生强烈的产氢行为。该发现有些出人意料。以往,由于此类合金惰性十足,学术界并未意识到其会在常温电解液环境中自发产氢。


在这篇题为“Gas eruption phenomenon happening from Ga-In alloy in NaOH electrolyte”的论文中,不同于以往工作(需要在液态金属中加载铝才能产氢)的是,研究小组发现,当把纯的镓铟液态合金浸没于电解质溶液NaOH中时,在合金表面自发形成的孔口处出现了类似于火山喷发一般的柱状氢气流, 而且这种气体喷发现象会随着液态合金中铟含量的增加而愈加剧烈。独特的是,合金中氧化层的破坏作用对气体产生至关重要,且由于液态合金表面相对封闭,会在局部出现喷发口继而在该处形成柱状氢气流。此类气体喷发的机理可以归结为钝化膜与其所连接合金之间形成了原电池反应而导致。进一步探索还揭示,由于铟的加入,液态合金膜的晶格会出现膨胀,继而导致带隙减小,并最终提高了氢气流的生成速率。这些发现刷新了人们对室温液态金属在电解液中基本物理化学行为的理解。


NaOH溶液中Ga-In液态金属表面气体喷发现象的发现对于深入认识液态金属的表面与界面现象,研发全液态可变形柔性智能机器,以及利用液态金属实现3D打印、快速制氢等具有重要的科学价值和应用前景。


以上工作历时1年多持续实验和理论分析、论文撰写、投稿和发表等过程,为本科生培养工作的探索和尝试提供了宝贵经验。相应研究得到中科院前沿局及北京市科委项目的资助。


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本文转载自中科院理化所公众号



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美编:万    伊、小萌昂、田    通

校对:胡雨晴、严东莹、申    磊

责任编辑:李    仪

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