利用光远程触发可为材料局部加热

据物理学家组织网近日报道，美国莱斯大学研究人员开发出一种通过光远程触发电浆金纳米棒激活嗜热酶，引起材料局部高温发热的化学过程，无需大量加热材料，在工业流程中将具有巨大节能潜力。该研究结果刊登在美国化学学会《ACS纳米》杂志上。
　　
　　研究人员介绍说，现在，材料受独特的微生物嗜热酶的驱动，可在纳米尺度下将光转化为热。这种嗜热泉生古细菌是1996年在日本海岸下热水喷口附近所发现的。现将源于这些生物的酶与电浆金纳米粒子结合起来，当暴露在近红外光下加热，酶被激活后可允许化学过程在较低的温度下发生。由于加热仅发生在需要的地方，即在纳米颗粒的表面上激活酶，其他地方仍可保持凉爽。
　　
　　这个过程的中心粒子是一个约10纳米宽、30纳米长的金纳米柱，当被来自一束近红外激光击中后便开始加热，棒条体只有在合适的大小和形状下才会对光有所反应。光激发表面的电浆子开始发射热量。
　　
　　实验中，研究人员克隆、提纯和改变了这种酶的活性，以便加入黄金纳米粒子，然后将这种酶/纳米颗粒的复合物悬浮在溶液中进行测试。当溶液大量加热时，研究人员发现这种混合物在176华氏度时出现了如预期一样的高活性。随后他们将复合物封装在像海藻酸钙珠粒样的凝胶内，这有助于保持热量，不过其上是多孔的，足以让酶与周围的材料发生反应。而当封装的复合物通过近红外激光连续照射时，在接近室温下离开溶液，其工作上的可持续性要优于大量加热。研究人员发现，这种复合物强健得足够重复使用数周。
　　
　　研究人员指出，该技术利用光远程触发材料局部高温加热，在工业流程中将具有巨大的节能潜力，同时为化学工业提供了更好的催化材料，更便宜、更“绿色”、更可持续。未来通过这种方法可以使用“自由”的能量，只需打开一个高效节能灯泡如LED灯或者打开一扇窗即可，而不需要燃烧一个大锅炉来加热。