突破！碳納米管膜的大規模製備可能帶來零碳燃料的曙光

總部位於紐約的一家由麻省理工學院(MIT)和耶魯大學(Yale)的校友合作的初創公司MatterShift在大規模製造碳納米管(CNT)膜方面取得了突破。公司正在開發這項技術的能力，將單個分子結合起來，把從空氣中去除的二氧化碳製成比化石燃料更便宜的汽油、柴油和噴氣燃料。未來還可能發展直接從空氣中「列印」物質的分子工廠。

MatterShift是一家總部位於紐約的初創公司，公司與麻省理工學院(MIT)和耶魯大學(Yale)的校友合作，在大規模製造碳納米管(CNT)膜方面取得了突破。這家初創公司正在開發這項技術的能力，將單個分子結合起來，把從空氣中去除的二氧化碳製成比化石燃料更便宜的汽油、柴油和噴氣燃料。

近日《科學進展》雜誌發表了Mattershift"s的大型CNT膜的測試報告，證明其與以前在科學文獻中報道的小型原型CNT膜的特性和性能相匹配。這篇論文是MatterShift與德克薩斯大學奧斯汀分校Benny Freeman博士和康涅狄格大學Jeffrey McCutchen博士實驗室的研究人員合作的結果。

20多年以來，研究人員已經證明cnt膜為廣泛的用途提供了巨大的前景，包括低成本的乙醇燃料生產、精確的藥物輸送、低能量海水淡化、藥物化合物的凈化以及高性能催化生產燃料。CNT膜的製備難度大、成本高，限制了其在諸多領域的廣泛應用。Mattershift大規模生產CNT膜的能力，釋放了這項技術的潛力。

該公司表示，他們的突破降低了製造這種材料的難度和成本，這將使該技術能夠突破大學實驗室的限制。同行評價認為，實現大規模碳納米管膜的生產是膜領域的一個突破，碳納米管在分子分離方面有著巨大的未經開發的潛力。

Fig. 1Images of the membranes tested in this study.

(A) SEM image of the CNT membrane surface, showing CNT tips emerging from the polymer. Inset shows the membrane sample without magnification. (B) SEM image of the surface of the CNT membrane using an imaging technique that uses high voltage without sputter coating to reveal the CNTs below the membrane surface. (C) TEM image of the CNT membrane in planar view, showing CNT pore openings, indicated by red circles, emerging from CNTs below the membrane surface.

該公司已經完成了第一次銷售，並將於今年晚些時候將產品運用于海水淡化過程。公司在阿聯酋的試驗工廠已經展示了這種材料在海水淡化過程中只消耗世界上目前已有試驗中最小的能量。

三項重大進展給這一突破帶來可能。首先，在過去10年中，碳納米管的成本降低了100倍，其質量也相應地提高了；第二，人們對物質在納米約束環境中的行為的理解日益加深，比如亞納米碳納米管內部分子行為方式；第三，為艱難的科技初創企業增加了資金，這使得MatterShift公司只花了5年的時間研發技術。

MatterShift創始人兼首席執行官羅布·麥金尼斯博士說：「這項技術讓我們對物質世界的控制達到了前所未有的水平。我們可以選擇哪些分子可以通過我們的膜，以及當它們通過時會發生什麼。例如，現在我們正在努力從空氣中去除二氧化碳並將其轉化為燃料。這是傳統的技術已經實現的，但傳統技術太昂貴，無法實用。利用我們的技術，我認為我們將能夠生產比化石燃料更便宜的零碳汽油、柴油和噴氣燃料。「

使用CNT膜生產燃料實際上只是諾貝爾獎獲得者理查德·費曼(RichardFeynman)在20世紀50年代預言的一項技術的一個方面，這個技術被稱為分子工廠。分子工廠的工作方式是將催化、分離、純化和納米機電系統(NEMS)的分子尺度操縱等過程結合起來，從分子積木中製造東西。每個納米管充當傳送帶，當分子通過時，它對分子起作用，這類似於工廠在宏觀上的運作方式。

麥金尼斯說：「我們應該有可能將不同類型的CNT膜組合在一台機器上，這台機器可以完成分子工廠早就預測的任務：從基本的分子構建塊中生產我們需要的任何東西。」。「我是說，我們是在討論從空中列印物質。想像一下在火星上有一個這樣的裝置。你可以從大氣和土壤中列印食物、燃料、建築材料和藥品，或者回收的部分，而不必將它們從地球運輸出去。」

MatterShift，物質轉移？這個名字和它的新的技術都很有相像空間！

參考來源：MatterShift

文獻開放獲取鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/4/3/e1700938.full

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