未来生物燃料电池或使用混合燃料

“ 干水 ”发现于 １６ ９８年 ，最初只是关注了它在化妆品中 的 应 用 。在 英 国工 程 与 物 理 科 学 研 究 委 员 会 （ Ｐ Ｒ ）与材 料 ＥＳＣ 开发 中心资助 下，利物浦大学 的安 德鲁 ・ 库珀科研小组研 究
了 “ 水 的 结 构 ， 广 泛 开 拓 了它 的 潜 在 用 途 。 干
和植物 蛋 白质 反应 中心 。蛋 白质光合作用中心收集太阳光线 ， 释 放 出 电子 ， 电子 通 过 磷 酸 脂 ，然 后 进 入 碳 纳 米 管 中 。在 碳
纳 米 管 内 ， 电子 聚 合 在 一 起 形 成 电流 。 研 究 人 员 强 调 ，这 种 自我 组 装 而 成 的 电池 天 生 就 具 有 自 我 修 复 能 力 。如 果 太 阳光 破 坏 了 某 些 蛋 白质 ，可 向 其 中 添 加 表 面活 性 剂 和 蛋 白质 ，替 代 那 些 被 破 坏 了 的 蛋 白质 ； 当 把 表
制 全 球 变 暖方 面 有 着 巨大 应 用 前 景 。
研 究人员卡特解释说 ，这种物质称 为 “ 水 ”，因为它 干 的成 分 中 ９ ％ 水 ， 仍 然 是 干 燥 的 。 一 个 粉 末 颗 粒 都 包 含 ５是 却 每 着一滴水 ， 以化学方式结合水 分子 ，形成一种水 合物，包裹 在一层 改 良硅 石 中，使水不会 汇集在一起成 为常 见的液体， 而是形成 了这种能够吸 附气体的精细粉末 。
果 发 表 在 ９月 ５日 出版 的 《自然 ・ 学 》 杂 志 上 。 化 无 数科 学 家 试 图完 善 太 阳 能 电池 的 设 计 ， 改善 太 阳 能 电 池 的性 能 ， 他 们 为 制 造 出光 电转 换 效 率 最 高 的 电池 而 前 赴 后 继 ，然 而 ，鲜 有 人 关 心 太 阳 能 电池 的 使 用 寿 命 。 美 国麻 省 理 工 学 院 的 化 学 工 程 师 迈 克 尔 ・ 特 拉 诺 解 释 斯 道 ， 阳光 和 氧 气 混 合 在 一 起 会 产 生一 定 的 破 坏 ， 比如 ， 人 体 接 触 太 多 阳光 容 易 衰 老 等 ，这 也 意 味 着 ， 在 实 验 室 中表 现 很 好 的太 阳能 电池 ，离开 实验 室走上 “ 作 岗位 ”后可 能会 工
活 性 剂 会 打 散 某 些 分 子 ， 并 且 让 它 们 保 持 隔 离状 态 。 令 该 研 究 团 队 惊 奇 的 是 ， 当他 们 将 表 面 活 性 剂 从 混 合物 中抽 出 时 ，这 个 由不 同 物 质 调 和 成 的 “ 尾 酒 ”混 合 物 会 自 鸡 我 组 装 成 一 个 大 小仅 为几 纳米 、能 够 正 常 工 作 的太 阳 能 电池 。 磷 酸 脂 组 合 在 一起 形 成 圆 盘 ，两 边 分 别 黏 附 着 碳 纳 米 管
同 时 ， “ 水 ”在 存 储 甲烷 方 面 也 很 有 效 ，吸 收 了 甲烷 干 的 “ 水 ”可 以 作 为 一 种 未 来 新 能 源 ， 给 交 通 工 具 供 给 天 然 干
燃料分子——纤维 素。线粒体是真核细胞 的重要细胞器 ，有
细 胞 “ 力 工厂 ”之 称 。 动 该 研 究 项 目领 导人 、 美 国 圣 路 易 斯 大 学 的 雪 莉 ・ 蒂 尔 敏
“ 水 ＂可 吸收 存 储 二 氧 化 碳 干 在 控 制 全 球 变暖 领 域 有 巨大 应 用 前 景
据 美 国物 理 学 家 组 织 网报 道 ， 一 种 叫做 “ 水 ” 的 像 糖 干 粉 似 的特 殊 物 质 ，提 供 了 一种 吸 收 存 储 二 氧 化 碳 的 新 方 法 ， 可 协 助 减 轻 全 球 变 暖 ；还 能提 供 一 种 更 加 安 全 的 方式 ， 存 储 和运输有害工业原料 。 ・
“ 工 ”。 罢
一
般 来 说 ，燃 料 电 池 都 需 要 对 生 物 燃 料 分 子 进 行 分 解 和
重建 ，这个过程会释放 出电子 ，电子聚集在一起形成 电流 。
此 前 ， 敏 蒂 尔 团 队一 直 使 用 酶 ，酶 在 分 解 特 殊 的 燃 料 分 子 诸 如 乙 醇 或 者 葡 萄 糖 方 面 是 一 把 好 手 。但 现 在 他 们 改 用 活 性 细 胞 的 组 成 部 分 线 粒 体 ，线 粒 体 可 以将 各 种 酶 的 力量 和 功 能 结 合 在 一 起 ， 将 很 多 燃 料 分 子 变 为 电池 能 够 直 接 使 用 的形
二 氧 化 碳 和 甲烷 是 造 成 全 球 变 暖 的 最 主 要 温 室 气 体 。库 珀 小 组 用 “ 水 ”作 为 一 种 气 体 存 储 材 料 。 他 们 发 现 ， 同样 干 体积 的 “ 水 ” 吸收 的 二 氧 化 碳 量 ，是 没有 与 水 结 合 的普 通 干
硅石所 吸收二氧化碳 的 ３倍 多，这在通过吸 收二氧化碳 以控
式。
敏蒂尔解释 道，为 了能够完全利 用一种燃料 ，人们 需要 很多酶 ，有些简单的燃料需要 ３种酶，而诸如葡萄糖等 ，则 需要多达 ２ ２种酶 ，并且 ，这 些酶需要 能够 很好地配合在一起 协 调 工 作 。而 线 粒 体 的 分 解 效 率 更 高 ，线 粒 体 能 够 分 解 多 种 燃料 ，意味着它 能够通过 分解燃料 混合物来工作 。
更加 安全 便 利 。科 学 家 还 希 望 能 用 它 收 集 和 运 输 天 然 气 矿 藏 ， 这 些 天 然 气 矿 可 能 以 天 然 气 水 合 物 的形 式 沉 积 在 海 底 。 “ 要 达 到 这 一 目标 ， 我 们还 有 很 多 工 作 要 做 。 ”卡特 说 。 除 了 存 储 气 体 ， “ 水 ”还 具 有 巨 大 的 液 体 储 存 潜 能 ， 干 尤 其 是胶 体 。胶 体 是两 种 或 多 种 不 相 溶 液 体 的 混 合 物 ， 比如
面 活性 剂提 取出来后 ，该太 阳能电池又能重新 自我 组装成一
套 新 的太 阳 能 电池 。
斯 特 拉 诺 表 示 ， 通 过 这 种 方 式 制 得 的 太 阳能 电池 ，个 别
的光 电转换效率达到了 ４ ％ 这是 目前转化效率最高的商业 化 ０， 太 阳能 电池 的两 倍 。 从 理 论 上 来 说 ，这 种 太 阳 能 电池 的转 换
效 率 可 以接 近 １ ０ ，但 是 ， 由 于 目前 该研 究还 处 于 “ 篮 ” ０％ 摇 中 ，溶 液 中形 成 的太 阳 能 电池 的浓 度 很 低 ， 其 转 化 效 率 也 很 低 。 随着 实验 的进 一步 完 善 ，转 换 效 率 将 会 不 断提 高 。 （ 技 网） 科
新 展 示 的 电池 只 使用 了 由一 种 分 子 组 成 的 简 单 燃 料 ，未
另外 ，现在一些 新式的非硅基太 阳能电池 虽然成本低 、
转 化 效 率 高 、性 能优 异 ， 但 是 ， 却 经 不 起 时 间 的 考 验 ，超 过 ６ 小 时 后 ，其 转 化 效 率仅 为最 初 的 １％ ０个 ０。 有 鉴 于 此 ，斯 特 拉 诺 教授 和 同 事 研 制 出 了这 款 大 小 仅 为 几 纳米 、能 够 自我 组装 和 自我修 复 的 “ 你 ” 型太 阳 能 电池 。 迷 在 制 备 这 种 新 式 太 阳 能 电 池 时 ， 研 究 人 员 使 用 了 从 植 物
来 的研 究将着眼于使这种 电池能够利用人们更 为熟悉的复杂 生物燃料来工作 。
新 墨 西 哥 州 大 学 新 兴 能源 技 术 中 心 的主 任 普 拉 曼 ・ 塔 阿
中提取 出来的、可进行光合作用 的蛋 白质 、具有黏 附性的磷 酸脂和 具有 良好 电学性能 的碳 纳米 管 以及表面活性剂 。表面
气燃料 。甲烷 是天然气的主要成分 ， 目前的 “ 可燃冰 ”就 是
一
种冷冻 的甲烷 形式 ，而 “ 干水 ”粉 末在存储 甲烷燃料方 面
表示，尽 管这项技术距 离实际应用还有很长 的路要走 ，但是， 该研 究是将活性细胞 的一部分 （ 此处为线粒体 ）整合进 电池
的 一 个 里 程 碑 式 的进 步 。未 来 ， 这 种 设 备 在 很 多 领 域 可 以替 代 一 次 性 电池 。
未 来 生 物 燃 料 电池 或使 用 混合 燃 料
据 英 国广 播 公 司 （ Ｂ ）报 道 ，美 国研 究 人 员 表 示 ，通 过 ＢＣ 用 细 胞 的 线 粒 体 取 代 酶 分 解 和 重 建 生 物 燃 料 中 的 纤 维 素 分 子 ，未 来 的 生 物燃 料 电池 或 将 依 靠 各种 生 物 燃 料 组 成 的 能 量 “ 料 ”来 工 作 。 饮 科 学 家 在 美 国 化 学 学 会 的 年 会 上 展 示 了 一 款 新 的 生物 燃 料 电池 模 型 。新 电池 不 使 用 酶 而 使 用 细 胞 中 的 线 粒 体 来 分 解
那索维表 示，尽管技术不 断进 步，但突破并非一朝 一夕可以
获 得 。 比如 人 们 首 次 演 示 标 准 的燃 料 电池 和 首 次 将 其 用 于太
空探索 ，中间整整隔 了 ５ 年 。这项技术是否具有直接的实用 ０
性 还 需 要 进 一 步 的 观 察 。而 这 项 工 作 的 主 要 贡 献 是 在 生 物 技 术和纳米技术之 间架起 了一座桥梁 ，并有望开创一个全新 的 生 物燃 料 电 池研 发领 域 。 （ 技 网 ） 科