科学家研发新型纳电池电极百次循环依然保持97%容量

新型“纳米棒”让二氧化碳变身高效能源

记者15日从中国科学技术大学了解到，该校的合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学与材料科学学院曾杰教授课题组，利用组分可调的硫硒化镉合金纳米棒作为催化剂，高效电还原二氧化碳为合成气。这种硫硒化镉合金纳米棒的催化剂，在二氧化碳电还原反应中表现出高活性和高稳定性，并且能够在很宽的范围内调控合成气的组成比例。该成果日前发表在国际著名的《先进材料》杂志上。

合成气，即一氧化碳和氢气的混合气，是石油化工中重要的合成原料。对于不同的化工过程，所需合成气的最优组成比例也不同。传统制备合成气的方法包括煤的气化和天然气的重整，都需要消耗不可再生能源。与之相反，利用二氧化碳和水作为原料，在水溶液中电还原二氧化碳，是可持续地制备合成气的理想方法。然而目前电还原二氧化碳的催化剂很难在保证高电流密度的同时，在很宽的范围内调控合成气的组成比例。

针对这一问题，研究人员利用液相合成技术，近期设计并合成出组分可调的硫硒化镉合金纳米棒催化剂。研究人员发现，该催化剂中的硒含量越高，反应中氢的中间体越多，合成气产物中氢气组分的比例也越高。研究表明，在过电位-1.2V时，产物合成气中的一氧化碳和氢气之比可以在4∶1和1∶4之间自由调整。

另外，在连续使用该催化剂10个小时的稳定性测试中，电流密度基本保持稳定，产物合成气的组成比例也基本没有变化。

纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米技术研究在0.1~100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围，或以其为基本单位所构成的材料[1]。纳米材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性，众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生深远的影响。本文就纳米材料及其在环境保护领域的应用进行了阐述。 1 纳米材料的基本性质[2,3] 1.1 表面效应 用高倍电子显微镜对金超微颗粒（直径为2.1~3μm）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体等）的晶型，既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10μm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。 超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 1.2 小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。 2 纳米材料在大气污染治理方面的应用 2.1 空气中硫氧化物的净化 二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果在燃料燃烧的同时加入纳米级催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物。如用纳米Fe2O3作为催化剂，经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0.01%，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。 2.2 汽车尾气净化 汽车尾气排放直接污染人们的生活空间及呼吸层，对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料，对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器[4]，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的NO、CO等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。 2.3 室内空气净化 新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米TiO2的降解效果最佳。纳米TiO2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解，即利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物[5]。在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米TiO2光催化剂可具有杀菌、除臭作用。 3 在水污染治理方面的应用 3.1 处理无机污染废水 污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力[6]。如纳米TiO2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。 3.2 处理有机污染废水 大量研究表明纳米TiO2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru/TiO2作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99.6%，并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。 3.3 自来水的净化处理 新型纳米级净水剂[7]的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂Al2O3的10~20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100%除去水中的细菌、病毒，得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。 4 在其它环保领域的应用 4.1 噪声控制 飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长设备的使用寿命[8]。 4.2 固体废物处理 纳米技术及纳米材料应用于城市固体垃圾处理，主要有两个方面[9]：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米TiO2催化技术可以使城市垃圾快速降解，其速度可达到大颗粒TiO2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。 4.3 防止电磁辐射 近年来电磁场对人体健康的影响问题已经成为一个新的研究热点。在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，通过在墙内加入纳米材料层或涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。中科院理化所利用纳米技术研究出了新一代手机电磁屏蔽材料，可以实现手机信号抗干扰能力，同时大大降低电磁波辐射。 4.5 在照明工程方面的应用 火力发电排放的CO2、SO2、烟尘悬浮物等会引起温室效应、酸雨和环境污染，通过照明节电可以带来巨大的社会、经济和生态效益[10]。在照明工程中，最理想的节电措施是充分利用太阳光来照明，利用一些纳米材料的光致发光特性是可行的办法，白昼吸收自然光并贮存起来，晚上再直接把光射到需要的地方。这从多孔硅光致发光现象得到了验证。 5 结语 随着纳米科技和纳米材料的研究深入，特别是纳米科技与环境保护和环境治理的进一步有机结合，许多环保难题将会得到解决。有理由相信，纳米科技作为一门新兴科学，必将对环境保护产生深远的影响，利用纳米科技解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。 参考文献 [1] Swlli E, Morris S. Photocatalysis for water purification[J]. Water Res, 1999, 33(8): 5-7. [2] 李泉, 曾广斌. 纳米粒子[J]. 化学通报, 1995, 6: 29-31. [3] 李良果, 郑庆龙, 张克. 纳米粒子结构分析[J]. 化工新型材料, 1991, 19(12) : 12-13. [4] 覃爱苗, 廖雷. 纳米技术及纳米材料在环境治理中的应用[J]. 中山大学学报（自然科学版）, 2004, 43(增刊): 225-228. [5] 杨健森. 纳米环保技术的发展现状与前景[J]. 科技通报, 2002, 18(4): 340-343. [6] 马荣萱, 李继忠. 纳米技术及其材料在环境保护中的应用[J]. 环境科学与技术, 2006, 29(7): 112-115. 来源：[ http://www.jdzj.com ]机电之家·机电行业电子商务平台！

纳米技术应用非常的广泛，广泛的应用在航天科技，医疗器械以及智能领域方面。尤其是在如今这个科技时代纳米技术就显得更加的重要了，可以说纳米技术贯穿了我们的衣食住行在纺织物当中。添加适量的纳米颗粒之后，就可以起到一个杀菌除味的效果。而且纤维虽然说非常的结实，但是在秋天的事或者是冬天的时候很容易起静电，摸上去十分的烦人，但是如果加入金属纳米颗粒的话，就可以使这种静电现象消除。

其次就是在食物方面，纳米材料所制作出来的餐饮用品是无菌的。并且我们还可以用纳米的粉末来净化污水，这一点非常的重要，如今尤其是如今世界上的水资源正在不断减少的情况下。其次就是可以使用在建筑材料上，例如说墙面又或者是玻璃或者是瓷砖。在上面涂上纳米颗粒。就能够形成一层保护膜。拥有这层保护膜的纳米玻璃就可以有效的防止紫外线的进入，可以使建筑更加的美观，也能够让其中的工作人员身体更加的健康。

其次就是在交通工具上的一个发展。，例如发动机部件，这可是机械动力的核心啊。使用纳米材料的话，就能够提高引擎的一个效率，并且使其寿命大大的提升，这样的话在维修的时候成本也能够降低。其次就是在医疗方面了，各类的纳米器材。

现在甚至有能够进入血管的纳米机器人，它可以帮助你清理血液当中的有害物质，也能够疏导血栓。可以说这个技术在几十年前是根本不敢想象的，而如今却成为了最为先进的医疗手段之一。使得许多的病人重获新生。所以说纳米材料的应用范围非常的宽广，并且还在不断的延伸，是一件非常具有潜力的技术。

新能源新材料是在环保理念推出之后引发的对不可再生资源节约利用的一种新的科技理念。

新能源新材料特点：性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。

一般有：

超导材料、太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料智能材料、磁性材料、纳米材料。

未来的几种新能源新材料

波能：即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。据推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。近年来，在各国的新能源开发计划中，波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高，需要进一步完善，但目前的进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一座海洋波能发电厂已运行8年，电厂的发电成本虽高于其它发电方式，但对于边远岛屿来说，可节省电力传输等投资费用。目前，美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站，且均运行良好。

可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算，可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。

煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤，每吨煤产生68m3气；从泥炭到肥煤，每吨煤产生130m3气；从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计，地球上煤层气可达2000Tm3。

微生物发酵：世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。此外，利用微生物可制取氢气，以开辟能源的新途径。

第四代核能源：当今，世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变，来制造出无任何污染的新型核能源。正反物质的原子在相遇的瞬间，灰飞烟灭，此时，会产生高当量的冲击波以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能，如果能够控制正反物质的核反应强度，来作为人类的新型能源，那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。

A、二极管由半导体材料制成，所以A是正确的；

B、化石燃料、煤气、石油，被人类利用而减少的能源，石油是不可再生能源，所以B是错误的；

C、纳米和光年都是长度单位，所以C是错误的；

D、超导现象是当温度降低到一定时，电阻值突然为零的现象，因为要实现超导要求温度很低，超导材料在生活中不能普遍使用，所以D是错误的．

故选A．

新能源材料主要有：超导材料、太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料智能材料、磁性材料、纳米材料。

新能源新材料新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料。

波能：

即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。

煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。

可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。

新能源定义

1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义为：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能。

新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能 等能源，称为常规能源。