美科研人員掌握“水變油”技術(shù)
2009-02-18 來(lái)源：科學(xué)網(wǎng)
格蘭姆斯試驗(yàn)所用的設(shè)備
用于將“水變?nèi)剂稀睂?shí)驗(yàn)的二氧化鈦鈉鈉米管
最新一期《自然》雜志報(bào)道了美國(guó)賓西法尼亞州立大學(xué)教授克雷格·格蘭姆斯的“水變油”實(shí)驗(yàn)：賓西法尼亞大學(xué)操場(chǎng)內(nèi)，上演了一幕讓人瞠目結(jié)舌的奇跡。研究者將二氧化碳和水蒸氣裝入一種納米試管中，在光的作用下，開(kāi)始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成俗稱“天然氣”的甲烷。近日，格蘭姆斯接受了記者的采訪。
1996年，美國(guó)上映了一部名叫《鏈?zhǔn)椒磻?yīng)》的科幻影片，說(shuō)的是芝加哥大學(xué)的一群科學(xué)家，搞出了一種全新的能源技術(shù)，這種技術(shù)能夠從水里提取出無(wú)窮無(wú)盡廉價(jià)而又環(huán)保的燃料。結(jié)果，當(dāng)負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目的科學(xué)家，打算向外發(fā)布新聞時(shí)，一群蒙面殺手從天而降，炸毀了整個(gè)實(shí)驗(yàn)室，“水變油”技術(shù)灰飛煙滅。
13年后，原本只會(huì)在科幻片中出現(xiàn)的“水變油”技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)，他的發(fā)明者同樣是美國(guó)高校的一群科學(xué)家。賓西法尼亞州立大學(xué)材料工程學(xué)教授克雷格·格蘭姆斯和他在賓西法尼亞州立大學(xué)的同事們一起在學(xué)校的草地內(nèi)，用二氧化鈦納米管(大約135 納米寬，0.1毫米長(zhǎng))去催化水蒸氣和二氧化碳，結(jié)果喜出望外地得到想要的結(jié)果——碳?xì)浠铩?/DIV>
“這是一個(gè)相當(dāng)艱難的項(xiàng)目，我們?yōu)榇搜芯砍^(guò)一年半，而且是在完全沒(méi)有先例參考的情況下完成的。”格蘭姆斯告訴記者，盡管在他之前，已經(jīng)有科學(xué)家提出了用二氧化鈦納米顆粒催化反應(yīng)，但由于催化效果不明顯，科學(xué)家普遍認(rèn)為這一研究沒(méi)有任何價(jià)值。對(duì)此，格蘭姆斯卻提出不同觀點(diǎn)。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的失敗嘗試，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)水蒸氣和二氧化碳通過(guò)二氧化鈦納米管，同時(shí)引入氮?dú)猓硗庠诩{米管的表面負(fù)載了銅和鉑的納米顆粒，生成碳?xì)浠瘜W(xué)物的速度比以前快了20倍左右。
“蚊型”團(tuán)隊(duì)的大成果
格蘭姆斯教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)共有12人，“水變油”項(xiàng)目只是整個(gè)研究項(xiàng)目中的一小部分，只有4人參與，和一般隊(duì)伍龐大的科研團(tuán)隊(duì)相比，只能算一個(gè)“蚊型”團(tuán)隊(duì)。“我主管項(xiàng)目研發(fā)，研究員Oomman Varghese負(fù)責(zé)研發(fā)，他的助手研究生Thomas La Tempa，最后一個(gè)成員是擅長(zhǎng)納米管研究的Maggie Paulose。”
在開(kāi)始“水變油”研究項(xiàng)目前，格蘭姆斯發(fā)明了一種名叫“利用可見(jiàn)光分解水”的新技術(shù)，這為“水變油”提供了基礎(chǔ)的技術(shù)保障。2007年7月，格蘭姆斯在《納米快報(bào)》(Nano Letters) 上發(fā)文稱，由自動(dòng)排列、垂直定向的鈦鐵氧化物納米管陣列組成的薄膜，可在太陽(yáng)光的照射下將水分解為氫氣和氧氣。
2008年夏天，格蘭姆斯在賓西法尼亞州立大學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先，他向鋼管內(nèi)通入二氧化碳和水蒸氣，用納米管薄膜覆蓋住儀器的后部，然后在容器頂部安裝石英窗戶使陽(yáng)光進(jìn)入。隨后，把這個(gè)封閉的儀器在天氣好的時(shí)候放置在室外的校園內(nèi)。“當(dāng)陽(yáng)光照射在納米管上時(shí)，納米管釋放出高能量的載荷子，使得水分子分解為氫氧自由基和氫離子。二氧化碳分解后的產(chǎn)物——氧氣、一氧化碳和氫氣后，就反應(yīng)生成了甲烷和水。”
“每克二氧化鈦納米管，大約每小時(shí)生成160毫升碳?xì)浠瘜W(xué)物。這個(gè)反應(yīng)速率至少要快于先前在紫外線下得到的結(jié)果20倍。”格蘭姆斯指出，在整個(gè)反應(yīng)后期，銅和鉑催化作用明顯，但由于鉑的價(jià)格昂貴，如何減少鉑含量而使得催化效果不變，仍值得研究。
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（責(zé)任編輯：蔚藍(lán)）
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