尽管人们努力酿造乙醇作为汽油的可持续汽车燃料替代品,但这种植物来源的酒精也有其缺点。例如,一加仑(3.8升)乙醇所含能量比同等体积的汽油少近三分之一。
因此,当詹姆斯·A·杜梅西克和他在威斯康星大学麦迪逊分校的化学工程师同事们开发出一种从糖中提取合成燃料的直接方法时,这种燃料在许多方面都超过了乙醇,科学界对此表示关注。这种燃料被称为2,5-二甲基呋喃,或简称DMF,其能量密度与汽油相当。它也不溶于水,并且在储存中稳定。虽然化学家们早就知道这种化合物,但批量生产一直很棘手。新的两步工艺改进了中间制造步骤,而该步骤是DMF大规模生产的障碍。
除了为内燃机寻找新的替代燃料外,研究人员还在研究燃料电池,燃料电池为实现环境可接受的动力提供了另一条途径。有效的氢或质子交换膜(PEM)燃料电池的关键是在带正电的电极上微薄的铂颗粒涂层,在那里氧分子分裂成单个带电原子。
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化学家拉多斯拉夫·R·阿德齐克和他在布鲁克海文国家实验室的团队找到了一种方法来阻止电极表面上的铂氧化,氧化会减缓发电化学反应,并且经常导致其膜降解,从而使电池失效。通过用金纳米粒子喷涂电极,阿德齐克的研究团队使铂层具有抗溶解性,并帮助其保持了大部分原始催化功效。
为了产生电力,大多数PEM燃料电池必须由氢气或碳氢化合物提供,碳氢化合物可以催化分解成氢气。然而,一些原型燃料电池类似于生物细胞,因为它们使用化学酶来分解糖类——一种特殊的碳氢化合物分子——以产生电子。与活细胞不同,它们通常很快就会耗尽维持反应所需的酶。
电化学家雪莱·D·明特尔和她的同事塔玛拉·克洛茨巴赫,他们都在圣路易斯大学工作,他们开发了一种方法来补充糖动力燃料电池中随着使用而降解的酶。研究人员为酶设计了一种聚合物包裹层,它可以使催化分子保持活性数月而不是数天。