一種粉棕色的凝膠，質地像宇航員冰淇淋一樣易碎，主要由空氣組成，能夠過濾飲用水中幾乎所有的重金屬汞，這是一種強效神經毒素。化學家本週在《科學》雜誌上報道，這種新型氣凝膠還可能能夠有效地收集陽光中的能量並快速淨化氫燃料等。
西北大學和阿貢國家實驗室的化學家 Mercouri Kanatzidis 說：“我們有一種材料，它具有非常高的表面積，並且表面本身是由與氧化物具有不同反應性的物質製成的。”他的團隊發現了這種凝膠。“這產生了氧化物不具備的特性。”
研究人員總共發現了七種凝膠——由硫族元素（元素週期表中以氧開頭的列）和鉑在溶液中製成。更常見的氣凝膠由氧化物製成，例如二氧化矽（或沙子）。後一種化合物除了在地球地殼中無處不在之外，還用於多種用途，從防曬霜到防鏽塗層。但所謂的硫屬凝膠——由硫或硒製成——提供了一系列新特性。
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例如，研究人員發現，當被重金屬汞（可能導致胎兒和兒童神經和腦損傷）汙染的水透過硫-鍺硫屬凝膠時，汞的含量從百萬分之 645 降至僅百萬分之 0.04。“這些重元素喜歡與硫原子結合，”Kanatzidis 說。含金屬的水透過硫屬凝膠“曲折、多孔的網路”，“遲早，這些重元素會遇到硫。硫對它們具有粘性。”
底特律韋恩州立大學的化學家 Stephanie Brock 說，這種粘性的機制“尚不清楚”，她創造了具有更剛性內部結構的類似凝膠。“它可能是吸附現象（其中 [正] 離子附著在硫族化物 [負離子] 上的空位上）或離子交換現象（其中鉑被釋放，汞被吸收）。”
關鍵是硫屬凝膠的擴充套件表面積，這是一種主要由空氣組成的極低密度固體。“一立方厘米的這種物質內部可能有 1,500 平方米——幾乎一個足球場，”Kanatzidis 指出。擴充套件的表面是形成初始凝膠的非晶結構的廣泛間隔版本，但令人費解的是，為什麼凝膠首先形成而不是變成從溶液中沉澱出來的固體沉澱物。“要製成凝膠，你必須有一個三維框架的生長，使其在空間中延伸，有點像一棵樹，只是快得多，”Kanatzidis 說。“為什麼鉑會發生這種情況，我還不清楚。”
無論如何，不同的元素成分提供了其他巧妙的特性，這些特性可以在巨大的內部表面積上成倍增加。“這些硫族化物氣凝膠的光吸收率與太陽光譜非常吻合，因此這些可能成為光伏太陽能電池和光催化劑的有希望的平臺，”Brock 說。換句話說，這種硫屬凝膠可能為更有效、更快速地將入射光轉化為電能或將水分解為氫氣提供基礎。
由這些硫屬凝膠製成的膜也可能有助於淨化與其他元素混合的氫氣。“如果人們有興趣使用氫作為燃料，則必須以快速的速度對其進行淨化，”Kanatzidis 說，這是大量內部空間輔助的另一個過程。這些凝膠也可能在處理更普通的燃料中發揮作用，例如去除化石燃料中的硫汙染。
然而，要做到這一點，硫屬凝膠需要承受更高的溫度；它們在 150 攝氏度（302 華氏度）到 300 攝氏度（572 華氏度）的溫度範圍內開始崩塌。它們還需要變得不那麼脆，也許可以透過放置在更堅固的基底上來實現。此外，它們還必須更便宜：需要貴金屬鉑會使它們變得昂貴。但 Kanatzidis 說，“在製造這種硫屬凝膠中‘鉑的替代’已經成功了”。“這些氣凝膠不會僅限於鉑。”