新方法可利用微小碳粒子发电：只需与周围的液体相互作用，就能产生电流

麻省理工学院的工程师们发现了一种利用微小碳粒子发电的新方法，这种方法只需与周围的液体相互作用就能产生电流。

研究人员称，这种液体是一种有机溶剂，可以从粒子中吸取电子、产生电流。这种电流可以用来驱动化学反应，或为微型或纳米级机器人提供动力。

在一项描述这一现象的新研究中，研究人员表示，他们可以利用这种电流驱动一种被称为“酒精氧化”（alcohol oxidation）的反应——一种在化学工业中很重要的有机化学反应。

这项新发现源于斯特拉诺对碳纳米管的研究。碳纳米管是由碳原子晶格制成的空心管，具有独特的电性能。2010年，Strano首次证明了碳纳米管可以产生“热能波”——当碳纳米管被涂上一层燃料时，移动的热脉冲或热动力波会沿着管传播，从而产生电流。

这项工作使Strano和他的学生们发现了碳纳米管的一个相关特征。他们发现，当纳米管的一部分涂上一层类似特氟隆（Teflon）的聚合物时，会产生一种不对称，使得电子有可能从涂有涂层的部分流向未涂涂层的部分，从而产生电流。这些电子可以通过将粒子浸入急需电子的溶剂中，来进行提取。

为了利用这种特殊的能力，研究人员将碳纳米管磨碎，并将其制成一张纸状材料，从而制造出发电粒子。每块薄片的一面都涂上了一层类似特氟隆的聚合物，然后研究人员切割出各种形状和大小的小颗粒。在这项研究中，他们制造了250微米× 250微米的粒子。

当这些粒子被浸没在像乙腈（acetonitrile）这样的有机溶剂中时，溶剂会附着在粒子未被涂覆的表面，并开始将电子从粒子中抽出。“你把它放到溶剂中，它就开始产生电场。”

目前，每个粒子可以产生约0.7伏特的电。在这项研究中，研究人员还表明，他们可以在一个小试管中形成数百个粒子的阵列。这种“填充床”（packed bed）反应器能产生足够的能量，来驱动一种叫做醇氧化（alcohol oxidation）的化学反应，在这种反应中，醇被转化为醛（aldehyde）或酮（ketone）。通常，这个反应不是通过电化学进行的，因为它需要太多的外部电流。

研究人员指出，因为“填充床”反应器是紧凑的，它在应用方面比大型电化学反应器有更大的灵活性。“这些粒子可以被制造得非常小，它们不需要任何外部电线来驱动电化学反应。”

在未来的工作中，Strano希望利用这种能量产生来制造只用二氧化碳作为起始材料的聚合物。在一个相关的项目中，他已经用二氧化碳作为建筑材料创造出了可以自我再生的聚合物，该过程由太阳能提供动力。这项工作的灵感来自碳固定，这是一组化学反应：植物利用来自太阳的能量，从二氧化碳中生成糖。

从长远来看，这种方法也可以用于为微型或纳米级机器人提供动力。其实验室已经开始制造这种规模的机器人，有朝一日可能被用作诊断或环境传感器。他说，能够直接从环境中获取能量来驱动这类机器人的想法，对很多场景都很有吸引力。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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