2021年6月8日
麻省理工学院的工程师们发现了一种新的发电方法，利用微小的碳颗粒，只要与周围的液体相互作用就能产生电流。yabo214
研究人员说，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，可以用来驱动化学反应或为微或纳米级机器人提供动力。yabo214
“这种机制是新的，这种发电方式也是全新的，”麻省理工学院化学工程Carbon P. Dubbs教授迈克尔·斯特拉诺说。“这项技术很有趣，因为你所要做的就是让溶剂流过这些颗粒的床层。yabo214这可以让你进行电化学，但没有电线。”
在一项描述这一现象的新研究中，研究人员表明，他们可以利用这种电流来驱动一种称为酒精氧化的反应——一种在化学工业中非常重要的有机化学反应。
斯特拉诺是这篇论文的主要作者自然通讯．这项研究的主要作者是麻省理工学院研究生Albert Tianxiang Liu和前麻省理工学院研究员Yuichiro Kunai。其他作者包括前研究生Anton Cottrill，博士后Amir Kaplan和Hyunah Kim，研究生Ge Zhang，以及最近从麻省理工学院毕业的Rafid Mollah和Yannick Eatmon。
独特的属性
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构成的空心管，具有独特的电学性质。2010年，斯特拉诺首次证明了碳纳米管可以生成“热电动势波。”当碳纳米管被燃料层覆盖时，移动的热脉冲或热电波就会沿着管移动，产生电流。
这项工作使斯特拉诺和他的学生发现了碳纳米管的一个相关特征。他们发现，当纳米管的一部分被聚四氟乙烯类聚合物包裹时，它会产生一种不对称，使得电子可以从纳米管的涂层流向未涂层的部分，从而产生电流。这些电子可以通过将粒子浸入渴求电子的溶剂中而被拉出。yabo214
为了利用这种特殊能力，研究人员将碳纳米管磨碎，并将其形成一张类似纸的材料，从而制造出发电粒子。yabo214每个薄片的一面都涂上类似特氟龙的聚合物，然后研究人员切割出各种形状和大小的小颗粒。yabo214在这项研究中，他们制造了250微米乘250微米的粒子。yabo214
当这些粒子浸没在像乙腈这yabo214样的有机溶剂中时，溶剂会附着在粒子未涂层的表面，并开始将电子从粒子中拉出来。
“溶剂带走电子，系统试图通过移动电子来平衡，”斯特拉诺说。“里面没有复杂的电池化学成分。它只是一个粒子，你把它放入溶剂中，它就开始产生电场。”
粒子的力量
目前的这种粒子每个粒子可以产生约0.7伏特的电流。yabo214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。yabo214这“填充床”反应器产生足够的能量来推动一种叫做醇氧化的化学反应，在这种化学反应中，醇被转化为醛或酮。通常，这个反应不是用电化学来进行的，因为它需要太多的外部电流。
“由于填充床反应器结构紧凑，在应用方面比大型电化学反应器更具灵活性，”张医生说。“这些粒子可yabo214以制成非常小的，而且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，斯特拉诺希望利用这种能量产生技术，只使用二氧化碳作为起始材料来制造聚合物。在一个相关的项目中，他已经发明了一种聚合物，这种聚合物可以利用二氧化碳作为建筑材料进行自我再生，这个过程由太阳能提供动力。这项工作的灵感来自碳固定，植物利用太阳能从二氧化碳中生成糖的一系列化学反应。
从长远来看，这种方法也可以用于微或纳米级机器人。斯特拉诺的实验室已经开始制造这种规模的机器人，这些机器人有一天可能被用于诊断或环境传感器。他说，能够从环境中收集能量为这类机器人提供动力的想法很吸引人。
“这意味着你不需要把能量储存装置放在飞机上，”他说。“我们喜欢这种机制的地方是，你可以从环境中获取能量，至少部分是这样。”
这项研究得到了美国能源部和麻省理工学院能源计划的种子基金的资助。
来源:https://web.mit.edu/