纳米技术创新:现在可以用空气生产酒精
最近審查:02.07.2025
美国物理学会(API)的研究人员发明了最新的石墨烯和铜“纳米针”,可以利用电流的能量势将二氧化碳转化为乙醇颗粒。相关数据发表在期刊《化学精选》(Chemistry Select)上。
“我们的发现可以说是偶然的。在旅程伊始,我们就设定了类似的任务,但计划投入更多精力和时间来实现它。结果发现,这种转变几乎是独立发生的,无需我们主动参与。”——这是实验参与者之一、田纳西州橡树岭国家实验室的一名员工的陈述。
值得注意的是,过去十年来,科学家们多次尝试将大气成分转化为燃料和其他物质。例如,今年仲夏,芝加哥的物理学家发明了一种特殊的太阳能纳米电池,它利用光能流分解二氧化碳分子。这使得生产氢气和一氧化碳成为可能,最终生产甲烷、乙醇和其他类型的生物燃料。
专家们长期以来一直致力于研究这些过程,试图找出分解二氧化碳的最佳方法,并使用最少的辅助转化产物(通常无用,甚至坦率地说是不必要的)。
纳米技术专家选择铜作为促进这一过程的主要物质,因为它的特性与二氧化碳还原反应完美契合。
问题在于,铜在转变过程中不但促成了某一种成分的形成,而且促成了多种成分的形成,这成为这一发现在工业中应用的严重障碍。
然而,通过使用另一种超强、超高能耗的革命性材料——石墨烯,这个问题得到了解决。
技术人员赋予片状石墨烯独特的形状,并在其中部分添加了铜纳米颗粒。这样可以确保二氧化碳分子仅在特定区域(即“纳米针”的尖端)分解。
在实验过程中,研究人员能够控制这一过程,并促使 60% 的二氧化碳转化为乙醇。
到目前为止,这种纳米反应的许多细节仍未得到解决。然而,该技术已经接近用于工业酒精生产。此外,这种新生产方式将更具盈利能力:由于催化剂物质的成本相对较低,几乎可以获得任意数量的最终产品——乙醇。
根据实践专家的设想,这项研究的成果还可以用于积累额外的能量,这些能量可以集中在太阳能电池或其他存储设备中。所获得的能量可以用作生物燃料材料,满足各种家庭和工业需求。