天方夜譚成真 美國科學(xué)家把水變成了“油”

【資料簡(jiǎn)介】

天方夜譚成真 美國科學(xué)家把水變成了“油”

一提到水變?nèi)剂希杂谢瘜W(xué)常識(shí)的人就會(huì)說，這簡(jiǎn)直是天方夜譚，并很快地將其同騙局、炒作起來。的確，這一違背常理的轉(zhuǎn)化在通常情況下確實(shí)不可能完成。但不管你信不信，科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里將它變成了現(xiàn)實(shí)。據(jù)英國《自然》雜志２月５日?qǐng)?bào)道，美國科學(xué)家使用特殊的催化劑，在陽光下將水變成了可燃的甲烷，這讓飽受能源枯竭威脅的人類看到了希望。

　　新型納米管把水變成“油”

    很多年前，水就被認(rèn)識(shí)到是“萬物之源”。不用說油，世間萬物都被認(rèn)為是由水轉(zhuǎn)化而成的。公示前６世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家泰利斯發(fā)表了“萬物*本原和基本特性是水”的觀點(diǎn)。而幾乎在同一時(shí)期，我國道家學(xué)派創(chuàng)始人老子也認(rèn)為，“水善利萬物而不爭(zhēng)，故幾于道”，意思是說，水離創(chuàng)生萬物的“道”已經(jīng)很近了。

    在這種玄幻的思想影響下，古今中外一直有“高人”想擁有“水變油”的奇術(shù)。但現(xiàn)代科學(xué)無情地告訴人們，根據(jù)元素守恒定律（化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不會(huì)改變），這一轉(zhuǎn)化幾無可能。因?yàn)樗袣?、氧兩種元素，而油的主要成分是碳?xì)浠衔?，一些成分較為復(fù)雜的原油還含有磷、硫、鉀、鈉等元素。

    科學(xué)家此次將水變成燃料的相關(guān)論文，發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(huì)刊物《納米快報(bào)》上。這一新技術(shù)的是賓夕法尼亞州立大學(xué)材料工程學(xué)教授克雷格·格蘭姆斯和同事。他們經(jīng)過一年半的艱辛努力，終于實(shí)現(xiàn)了成功轉(zhuǎn)化，幫助格蘭姆斯完成這一轉(zhuǎn)化的是一個(gè)小小的*納米管?？茖W(xué)家們用這種納米管催化水蒸氣和二氧化碳，結(jié)果得到了甲烷（一種碳?xì)浠衔铮翘烊粴?、沼氣、煤氣等的主要成分）?/p>

    此前，已有納米材料專家提出用*納米顆粒做催化劑，成功地將水蒸氣轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?，但反?yīng)速度極低，并且只能在紫外光照射下完成。經(jīng)過無數(shù)次失敗，格蘭姆斯發(fā)現(xiàn)利用表面化學(xué)（研究各種表面現(xiàn)象實(shí)質(zhì)的科學(xué)）反應(yīng)原理，在水蒸氣和二氧化碳的混合氣體通過*納米管的同時(shí)，通入氮?dú)?，另外在納米管表面覆蓋負(fù)載有銅和鉑的納米顆粒，反應(yīng)就變得容易多了——平均每克納米管能在每小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生１６０微升（微升為升的百萬分之一）碳?xì)浠衔?，反?yīng)速度比之前提高了２０倍，可以在可見光下完成。

    從化學(xué)原理上講，這一反應(yīng)絕沒有違背元素守恒定律。反應(yīng)物是二氧化碳與水蒸氣，zui后生成了甲烷和水，反應(yīng)物和生成物都含有碳、氫、氧元素，催化劑不參與反應(yīng)。但關(guān)于整個(gè)反應(yīng)過程還沒*弄清楚?？茖W(xué)家們現(xiàn)在只知道，當(dāng)可見光照射在納米管上時(shí)，納米管釋放出高能量的電荷載體，使得水分子分解為氫氧自由基和氫離子。格蘭姆斯猜測(cè)，二氧化碳可能分解成氧氣和一氧化碳，在催化劑作用下與氣態(tài)氫反應(yīng)生成甲烷和水。

　　“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”還不能拯救人類

    １９９６年，由基努·里維斯、蕾切爾·薇茲及摩根·弗里曼主演的科幻大片《鏈?zhǔn)椒磻?yīng)》票房大收，離奇的情節(jié)、大膽的想象將很多觀眾吸引進(jìn)了電影院。影片講述的是芝加哥大學(xué)的一群科學(xué)家，發(fā)明了一種全新的能源技術(shù)，這種技術(shù)能夠從水里提取出*、廉價(jià)而環(huán)保的燃料。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。

    從化學(xué)角度來講，格蘭姆斯的實(shí)驗(yàn)也是“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”（一種伴隨著汽化、熱解作用產(chǎn)生自由基而使燃燒繼續(xù)的化學(xué)反應(yīng)）。它能把人類從資源枯竭的恐懼中拯救出來嗎？這恐怕反映了很多人的心聲。但目前的答案是：否。

    從反應(yīng)條件來看，格蘭姆斯的新技術(shù)離大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還有很大距離。雖然是在可見光下，但反應(yīng)所需的納米管和催化劑很昂貴，反應(yīng)速度遠(yuǎn)不能達(dá)到高轉(zhuǎn)化率、高產(chǎn)出量，還不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。格蘭姆斯說，目前催化劑的效率很低，“目前為止，我們還不具備拯救人類的能力。”

    不過，格蘭姆斯對(duì)未來的研究很樂觀。他向媒體講述了他的３步計(jì)劃：*步是給納米管安裝感應(yīng)器，讓它更好地起到光導(dǎo)作用；第二步，在納米管的表面更平均地沉淀銅納米顆粒；第三，使用實(shí)惠的太陽能光電板，這樣一來，可以更長(zhǎng)時(shí)間地照明。“結(jié)合其他一些改進(jìn)，轉(zhuǎn)化效率能成倍提高。”瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)校的物理化學(xué)家邁克爾·格特澤稱，這個(gè)結(jié)果還是基礎(chǔ)性研究，目前的主要任務(wù)是提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)尚需時(shí)日。

　　新能源技術(shù)何時(shí)挑大梁

    盡管代價(jià)頗高，盡管只是前進(jìn)路上的“一小步”，但格蘭姆斯及其團(tuán)隊(duì)水變“油”的嘗試，還是讓人類看到了解決資源困境的希望。自然界在成千上萬年里積聚的“老本”（如石油等各種礦產(chǎn)資源），正在一點(diǎn)點(diǎn)走向枯竭，人類必須積極尋找出路。

    目前正蓬勃發(fā)展的新能源是人類的希望所在，新能源一般屬可再生能源，其清潔、的特點(diǎn)深得人們青睞。目前可能局部取代化石能源的新能源技術(shù)，主要有以下幾種：地?zé)崮堋⑻柲?、風(fēng)能、潮汐能、核聚變能等。其中太陽能的推廣力度zui大，產(chǎn)業(yè)化也zui為成功，太陽能電池、電器已走進(jìn)了千家萬戶；地?zé)崮堋L(fēng)能、潮汐能在某些地區(qū)起到了供能支柱作用；核聚變能目前還處在探索階段，但前景不可*。

    從當(dāng)前來看，新的能源技術(shù)給一些地區(qū)取得了極大的成功，如某些發(fā)達(dá)國家的核能發(fā)電量已占到了總用電需求的５０％以上。核能分為核裂變能與核聚變能，前者已經(jīng)被人類用來發(fā)電，而裂變堆的核燃料——鈾蘊(yùn)藏極為有限，不僅產(chǎn)生強(qiáng)大輻射傷害人體，放射性核廢料的處理也讓人頭疼。與之相比，核聚變輻射極少，核聚變?nèi)剂峡梢哉f是取之不盡，用之不竭。核聚變反應(yīng)燃料是從海水中提煉的氫的同位素氘。每升海水蘊(yùn)含的氘如果提取出來，發(fā)生*的聚變反應(yīng)，能釋放相當(dāng)于３００升汽油燃燒釋放的能量。以此推算，根據(jù)目前世界能源消耗水平和海水存量，核聚變能可供人類使用數(shù)億年。核聚變目前的應(yīng)用于。

天方夜譚成真 美國科學(xué)家把水變成了“油”