水成“油”不是夢

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一提到水變燃料，稍有化學常識的人就會說，這簡直是天方夜譚。的確，這一違背常理的轉化在通常情況下確實不可能完成。但不管你信不信，科學家已經在實驗室里將它變成了現實。近日，據英國《自然》雜志網站報道，美國科學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”

古今中外一直有“高人”想擁有“水變油”的奇術。但現代科學無情地告訴人們，根據元素守恒定律(化學反應前后元素的種類不會改變)，這一轉化幾無可能。因為水含有氫、氧兩種元素，而油的主要成分是碳氫化合物，一些成分較為復雜的原油還含有磷、硫、鉀、鈉等元素。

科學家此次將水變成燃料的相關論文，發表在美國化學學會刊物《納米快報》上。這一新技術的發明者是賓夕法尼亞州立大學材料工程學克雷格·格蘭姆斯教授和同事。他們經過一年半的艱辛努力，終于實現了成功轉化，幫助格蘭姆斯完成這一轉化的是一個小小的二氧化鈦納米管。科學家們用這種納米管催化水蒸氣和二氧化碳，結果得到了甲烷(一種碳氫化合物，是天然氣、沼氣、煤氣等的主要成分)。

此前，已有納米材料專家提出用二氧化鈦納米顆粒做催化劑，成功地將水蒸氣轉化為碳氫化合物，但反應速度極低，并且只能在紫外光照射下完成。經過無數次失敗，格蘭姆斯發現利用表面化學(研究各種表面現象實質的科學)反應原理，在水蒸氣和二氧化碳的混合氣體通過二氧化鈦納米管的同時，通入氮氣，另外在納米管表面覆蓋負載有銅和鉑的納米顆粒，反應就變得容易多了——平均每克納米管能在每小時內產生160微升(微升為升的百萬分之一)碳氫化合物，反應速度比之前提高了20倍，可以在可見光下完成。

從化學原理上講，這一反應絕沒有違背元素守恒定律。反應物是二氧化碳與水蒸氣，最后生成了甲烷和水，反應物和生成物都含有碳、氫、氧元素，催化劑不參與反應。但關于整個反應過程還沒完全弄清楚。科學家們現在只知道，當可見光照射在納米管上時，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，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氫反應生成甲烷和水。

“鏈式反應”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《鏈式反應》票房大收，離奇的情節、大膽的想象將很多觀眾吸引進了電影院。影片講述的是芝加哥大學的一群科學家，發明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、廉價而環保的燃料。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。

從化學角度來講，格蘭姆斯的實驗也是“鏈式反應”(—種伴隨著汽化、熱解作用產生自由基而使燃燒繼續的化學反應)。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。

從反應條件來看，格蘭姆斯的新技術離大規模工業生產還有很大距離。雖然是在可見光下一但反應所需的納米管和催化劑很昂貴，反應速度遠不能達到高轉化率、高產出量，還不能實現工業化連續生產。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，格蘭姆斯對未來的研究很樂觀。他向媒體講述了他的3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；第二步，在納米管的表面更平均地沉淀銅納米顆粒；第三，使用實惠的太陽能光電板，這樣一來，可以更長時間地照明。“結合其他一些改進，轉化效率能成倍提高。”瑞士洛桑聯邦理工學校的物理化學家邁克爾·格特澤稱，這個結果還是基礎性研究，目前的主要任務是提高生產效率，實現規模化生產尚需時日。