量子信息与健康上海论坛解读（1）

---美科研人员掌握“水变油”技术

平角 何志坚（绵阳师范学院化学系副教授）

摘要：“从拓扑斯到纳米弱力”是2009年量子信息与健康上海论坛攻关的一个方向。想不到在上海论坛闭幕不久，就传来《自然》杂志最新一期的报道---美国宾西法尼亚州立大学教授克雷格·格兰姆斯的“水变油”实验已成功的消息：宾西法尼亚大学研究者将二氧化碳和水蒸气装入一种纳米试管中，在光的作用下，开始发生化学反应，转化成俗称“天然气”的甲烷。现先给予转载，后再给予分段解读。

关键词：拓扑斯 纳米弱力 二氧化钛钠米管 弱力催化剂

1984年，中国南北方同时上映了两部“水变油”的故事，都灰飞烟灭。想不到25年后，原本会在中国出现的“水变油”技术在美国高校变成现实---美国高校的一群科学家---宾西法尼亚州立大学材料工程学教授克雷格·格兰姆斯和他在宾西法尼亚州立大学的同事们，用二氧化钛纳米管(大约135 纳米宽，0.1毫米长)去催化水蒸气和二氧化碳，结果喜出望外地得到想要的结果——碳氢化物。尽管在他们之前，已经有科学家提出了用二氧化钛纳米颗粒催化反应，但由于催化效果不明显，科学家普遍认为这一研究没有任何价值。对此，格兰姆斯却在无数次的失败尝试中发现，当水蒸气和二氧化碳通过二氧化钛纳米管，同时引入氮气，另外在纳米管的表面负载了铜和铂的纳米颗粒，生成碳氢化学物的速度比以前快了20倍左右。

格兰姆斯教授带领的研究团队在开始“水变油”研究项目前，格兰姆斯发明了一种名叫“利用可见光分解水”的新技术，这为“水变油”提供了基础的技术保障。格兰姆斯称，由自动排列、垂直定向的钛铁氧化物纳米管阵列组成的薄膜，可在太阳光的照射下将水分解为氢气和氧气。格兰姆斯进行的实验是，首先向钢管内通入二氧化碳和水蒸气，用纳米管薄膜覆盖住仪器的后部，然后在容器顶部安装石英窗户使阳光进入。随后，把这个封闭的仪器在天气好的时候放置在室外，当阳光照射在纳米管上时，纳米管释放出高能量的载荷子，使得水分子分解为氢氧自由基和氢离子。二氧化碳分解后的产物——氧气、一氧化碳和氢气后，就反应生成了甲烷和水。每克二氧化钛纳米管，大约每小时生成160毫升碳氢化学物。这个反应速率至少要快于先前在紫外线下得到的结果20倍。

国外有媒体评论说，目前美国搞出的“水变油”技术，是好事。但还不具备拯救人类的能力。而且当今社会的能源支柱是石油，如果“水变油”技术向外公布，所有的石油产业将会在一夜之间倒闭；美国的股市会在第二天崩盘；金融体系将会瘫痪，整个社会就会陷于骚乱。是否任何从事“从拓扑斯到纳米弱力”的类似水变油技术的人或团队都知道，必须被雪藏“从拓扑斯到纳米弱力”的技术，等到石油耗竭时，才可以问世？格兰姆斯的态度是，对是否“水变油”技术会颠覆能源行业就颇为谨慎，他始终的回答是，目前的催化剂的效率仍然很低；在整个反应后期，铜和铂催化作用明显，但由于铂的价格昂贵，如何减少铂含量而使得催化效果不变，仍值得研究。问题是格兰姆斯又对未来的研究持乐观态度。他的未来计划是三步：第一步是给纳米管安装感应器，让它更好地起到光导作用；再者，通过在纳米管的表面更平均地沉淀铜纳米颗粒；第三，使用实惠的太阳能光电板，这样一来，可以更长时间给薄膜照明。另外结合其他一些改进，转化速率还能成倍提高。格兰姆斯指出，“水变油”技术顺带提供给二氧化碳一个绝佳的处理方式：如果有一个集中的二氧化碳来源，就像煤电厂一样，这个生产工艺就能得到工业应用。

科罗拉多州葛尔登市的国家可再生能源实验室的电子化学家约翰·特纳的评论指出，处理二氧化碳，或许还有更好的方法。现在已有人通过工业生产，把二氧化碳变为合成气，而且可以在同一个生产过程中把合成气转化为液态碳氢化合物，而格兰姆斯的实验则需要依靠太阳光提供转换条件，这样一来，二氧化碳转换为碳氢化合物，就变成了间断性生产过程。瑞士洛桑联邦理工学校的物理化学家Michael Grtzel评论称：这个基础性研究的结果表明，纳米管通过变化试验，能让“水变油”具备更高的转化效率。我国的张建军先生评论说：“水变油”技术向外公布所有的石油产业将会在一夜之间倒闭，是不会的。因为格兰姆斯“水变油”技术过程需要阳光的照射，所以“水变油”的能量来自于太阳能，所以，顶多也就是发现了太阳能的一种新的利用方式，另外，如果该方式可以适用的话，那就是说，最少要比太阳能发电的效率大，如果效率小于太阳能发电，那么，现在的太阳能发电技术属于先进技术，而水变油不过是不值一提的低劣手段！如果水变油不是类似于植物光合作用，那么不是发生了能量创造了吗？研究者起码要证明能量守恒定律不再适用，否则，油的化学能量必然来自于太阳能；水变油的过程并不能证明能量发生了创造。

这里也许张建军先生的理解错了。因为这不是太阳能的一种新的利用方式，而弱力与催化剂能源的利用，太阳能也只类似其中的一种催化剂作用。大家看看《量子夸克》一书就知道了。