新燃料替代品

金原子团(画圈处)阻止了燃料电池中的铂催化剂的氧化。

 

　　工程师在新型环保燃料以及能量储存设备等方面的研究取得新的进展。

　　尽管人们试图用乙醇替代汽油，但在为机动车持续供给能量方面，这种源自植物的乙醇燃料存在一定的缺点。缺点之一就是乙醇的燃烧热值低：燃烧等体积的乙醇和汽油，前者释放的能量大约比后者少1/3。

　　因此，当美国威斯康星大学麦迪逊分校的詹姆斯·A·迪梅希奇(James A. Dumesic)及其同事，发现了一种以糖为原料人工合成新燃料的简单方法时，科学界给予了极大关注。这种新燃料被称为2，5-二甲基呋喃(2,5-dimethylfuran，简称为DMF)，多方面的性能超过了乙醇。DMF拥有与汽油相当的能量密度，不溶于水，而且化学性质稳定，适于储存。尽管化学家很久以前就了解这种化合物，然而批量生产这种化合物依旧十分困难。新的两步式生产工艺改进了一个中间制造环节，消除了障碍，为量产DMF铺平了道路。

　　除了寻找用于内燃机的新型替代燃料之外，科学家还在研究燃料电池，这为实现环保型能源提供了一条新的出路。质子交换膜(proton-exchange membrane，PEM)燃料电池是一种高效的氢燃料电池，它的关键核心是正电极表面覆盖着的一层致密如薄膜的铂微粒，氧分子在这里被分解为独立的带电原子。

　　美国布鲁克海文国家实验室的化学家拉多斯拉夫·R·阿季奇(Radoslav R. Adzic)带领他的研究小组，发现了一种防止电极表面铂微粒氧化的方法。电极的氧化不仅会减缓化学反应速度，降低输出功率，还会造成质子交换膜的降解，使燃料电池完全失效。阿季奇的研究小组在电极上喷涂一层金纳米微粒，让铂微粒层保留了绝大部分原有的催化能力，同时还具备了抗氧化能力。

　　为了持续产生电能，大多数质子交换膜燃料电池需要持续供给氢气，或者供给能够被催化裂解为氢气的碳氢化合物。不过，一些燃料电池的原型很像生物细胞，因为它们能用化学合成的酶分解糖类(一类特殊的碳氢化合物分子)产生电子，进而输出电能。但与真正的活细胞不同，维持反应所必需的酶在这种电池里通常很快就会消耗殆尽。

　　美国圣路易斯大学的电化学家谢利·D·明特尔(Shelley D. Minteer)和她的同事塔玛拉·克洛茨巴赫(Tamara Klotzbach)开发出一种新的方法，能够补充这种糖燃料电池因反应而消耗的酶。她们已经发明了一种聚合物，用它把酶包裹起来，就能把后者的催化活性从数天延长到数月。

　　撰文/史蒂文·阿什利(Steven Ashley)

　　译/王昊明 校/罗绮、虞骏

（本文引自：http://tech.sina.com.cn/d/2008-01-04/00141952571.shtml）

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