發布日期：2022-07-15 點擊率：44
face="Arial" style="display: block;"> 最新一期《自然》雜志報道了美國賓西法尼亞州立大學教授克雷格·格蘭姆斯的“水變油”實驗：賓西法尼亞大學操場內，上演了一幕讓人瞠目結舌的奇跡。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，開始發生化學反應，轉化成俗稱“天然氣”的甲烷。近日，格蘭姆斯接受了記者的采訪。
1996年，美國上映了一部名叫《鏈式反應》的科幻影片，說的是芝加哥大學的一群科學家，搞出了一種全新的能源技術，這種技術能夠從水里提取出無窮無盡廉價而又環保的燃料。結果，當負責這個項目的科學家，打算向外發布新聞時，一群蒙面殺手從天而降，炸毀了整個實驗室，“水變油”技術灰飛煙滅。
13年后，原本只會在科幻片中出現的“水變油”技術變成現實，他的發明者同樣是美國高校的一群科學家。賓西法尼亞州立大學材料工程學教授克雷格·格蘭姆斯和他在賓西法尼亞州立大學的同事們一起在學校的草地內，用二氧化鈦納米管(大約135 納米寬，0.1毫米長)去催化水蒸氣和二氧化碳，結果喜出望外地得到想要的結果——碳氫化物。
“這是一個相當艱難的項目，我們為此研究超過一年半，而且是在完全沒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，已經有科學家提出了用二氧化鈦納米顆粒催化反應，但由于催化效果不明顯，科學家普遍認為這一研究沒有任何價值。對此，格蘭姆斯卻提出不同觀點。經過無數次的失敗嘗試，他發現當水蒸氣和二氧化碳通過二氧化鈦納米管，同時引入氮氣，另外在納米管的表面負載了銅和鉑的納米顆粒，生成碳氫化學物的速度比以前快了20倍左右。
“蚊型”團隊的大成果
格蘭姆斯教授帶領的研究團共有12人，“水變油”項目只是整個研究項目中的一小部分，只有4人參與，和一般隊伍龐大的科研團隊相比，只能算一個“蚊型”團隊。“我主管項目研發，研究員Oomman Varghese負責研發，他的助手研究生Thomas La Tempa，最后一個成員是擅長納米管研究的Maggie Paulose。”
在開始“水變油”研究項目前，格蘭姆斯發明了一種名叫“利用可見光分解水”的新技術，這為“水變油”提供了基礎的技術保障。2007年7月，格蘭姆斯在《納米快報》(Nano Letters) 上發文稱，由自動排列、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進行實驗。首先，他向鋼管內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光進入。隨后，把這個封閉的儀器在天氣好的時候放置在室外的校園內。“當陽光照射在納米管上時，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物——氧氣、一氧化碳和氫氣后，就反應生成了甲烷和水。”
“每克二氧化鈦納米管，大約每小時生成160毫升碳氫化學物。這個反應速率至少要快于先前在紫外線下得到的結果20倍。”格蘭姆斯指出，在整個反應后期，銅和鉑催化作用明顯，但由于鉑的價格昂貴，如何減少鉑含量而使得催化效果不變，仍值得研究。
“還不具備拯救人類的能力”
在《鏈式反應》中，殺手“香農博士”這樣說：搞出“水變油”技術當然是好事，但當今社會的能源支柱是石油！如果“水變油”技術向外公布，所有的石油產業將會在一夜之間倒閉！美國的股市會在第二天崩盤！金融體系將會癱瘓！整個社會就會陷于騷亂！所以說，“水變油”技術必須被雪藏，等到石油耗竭時，才可以問世。
當記者問及格蘭姆斯是否擔心“水變油”技術對于能源行業的顛覆性影響，他的回答卻頗為謹慎，他承認目前催化劑的效率仍然很低，“目前為止，我們還不具備拯救人類的能力”。
然而，格蘭姆斯對未來的研究持樂觀態度。他向記者講述了他未來的三步計劃：第一步是給納米管安裝感應器，讓它更好地起到光導作用；再者，通過在納米管的表面更平均地沉淀銅納米顆粒；第三，使用實惠的太陽能光電板，這樣一來，可以更長時間給薄膜照明。“結合其他一些改進，轉化速率還能成倍提高。”
格蘭姆斯還指出，“水變油”技術順帶提供給二氧化碳一個絕佳的處理方式。“我相信如果有一個集中的二氧化碳來源，就像煤電廠一樣，這個生產工藝就能得到工業應用。”
瑞士洛桑聯邦理工學校的物理化學家Michael Grtzel稱這個結果是基礎性的研究，它表明納米管通過變化試驗，能讓“水變油”具備更高的轉化效率。科羅拉多州葛爾登市的國家可再生能源實驗室的電子化學家約翰·特納也表示，這是很好的工作，很有科學性。但他指出，處理二氧化碳，或許還有更好的方法。現在已有人通過工業生產，把二氧化碳變為合成氣，而且可以在同一個生產過程中把合成氣轉化為液態碳氫化合物，而格蘭姆斯的實驗則需要依靠太陽光提供轉換條件，這樣一來，二氧化碳轉換為碳氫化合物，就變成了間斷性生產過程。
