不用電線的新發電方式,科學家巧妙利用奈米碳管提取環境中電子

作者 | 發布日期 2021 年 06 月 09 日 14:14 | 分類 奈米 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


麻省理工學院工程師們發現了一種利用微小碳顆粒發電的新方法,無需電線,只需在奈米碳管一側塗上聚合物層,接著讓溶劑流過奈米碳管顆粒與之相互作用即可產生電流。團隊正在進一步研究類似光合作用的太陽能過程,若能使用二氧化碳做為聚合物塗層,想像一下,未來你的藍芽 3C 用品只要放到陽光下曬一曬就能電量滿格的前景。

奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT)是一種由碳原子晶格製成的空心管,具有獨特電學特性,在應用上是良好電導體,2010 年時,麻省理工學院化學工程學教授 Michael Strano 首次證明奈米碳管可以產生熱電波(thermopower wave),當奈米碳管塗上一層燃料時,熱電波會沿著碳管傳播產生電流。

而最近,Michael Strano 團隊再找到了一種巧秒利用奈米碳管的新方法。

當將類似鐵氟龍(Teflon)的聚合物塗在部分奈米碳管上時,後者會產生不對稱性,接著把奈米碳管材料浸入有機溶劑中,溶劑會黏附在未塗層一面並將電子從中拉出,為了達到平衡,電子開始從塗層區域流到未塗層區域,從而形成電流。

為了驗證這種新發電方法,研究人員將奈米碳管做成紙狀,然後切割製成 250 x 250 微米、稱為 Janus 顆粒(Janus particle)的微小物體,接著將這些顆粒放進乙腈有機溶劑,溶劑分子黏附在 Janus 顆粒未塗層一面並開始提取電子。

這項研究巧妙地展示了如何提取材料中無處不在(通常不被注意)的電能,以進行電化學合成反應,實驗測試中,團隊發現系統內每個顆粒可以產生約 0.7 伏特電壓,足以利用這種電流來驅動醇的氧化反應:一種在化學工業中很重要的有機化學反應。

與大型電化學設備相比,這種新發電方式在應用面擁有更大靈活性,因為顆粒可以做得非常小,不用事先儲存能量,也不需任何外部電線來驅動電化學反應,最終或許可用在從環境(比如二氧化碳)提取能量的小型機器人身上。

新論文發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

(首圖來源:麻省理工學院