元素百科为您介绍新研究发现改进石墨烯材料性能的途径。一项新研究发现，石墨烯的纯度问题可能是限制这种新材料广泛应用的一个障碍。减少石墨烯中的硅污染有望提升其性能表现，充分发挥石墨烯在工业界的应用潜能。 石墨烯是从石墨材料中分离出来的、由一层碳原子组成的二维材料。它具有轻薄、强韧、导电和导热效率高等性能，是被工业界寄予厚望的新一代材料。但石墨烯的实际表现却不尽人意，在工业界普及的速度也不够理想。 澳大利亚皇家墨尔本理工大学研究人员领衔的团队在英国《自然—通讯》期刊上报告说，他们利用最先进的扫描透射电子显微镜对市面上的商用级石墨烯样品进行了原子级别的详细检查，发现其中的硅污染程度很高，而这对石墨稀的性能表现有很大影响。比如，受污染的石墨烯作为电极的性能可比理论预期值低50％。 参与研究的朗赫拉·阿里·贾利利说，由于石墨烯只有一层原子，特别容易受到表面污染的影响，而硅污染让石墨烯性能表现不够稳定，因而很难建立起一种工业标准来规范石墨烯的性能指标。 进一步实验发现，虽然直接清除石墨烯中的硅污染难度较大，但只要清除制备石墨烯的原材料——石墨中的硅成分，就能较容易得到高纯度石墨烯。 研究人员利用这种方法制备出高纯度石墨烯，并用它们制成大容量电池，以及灵敏度极高的湿度感应器，证实了高纯度石墨烯的优异表现。

元素百科为您介绍修改DNA诱骗细菌产蛛丝。蜘蛛纺出了工程师梦想的东西。它们的丝和钢铁一样坚固，同时具有弹性、无毒且能生物降解。但蜘蛛不容易养殖。每只仅能产生少量的丝，有时还会自相残杀。几十年来，科学家一直试图仿造这种银色的线，以用于手术缝线、运动装备和防弹背心。不过，他们合成的纤维始终有所欠缺。如今，一个团队“诱骗”细菌产生了和天然蛛丝一样坚固和富有弹性的丝。 研究人员此前将来自蜘蛛的产丝DNA移植进细菌、蚕、植物，甚至山羊体内，以试图大规模产生这种物质。不过，迄今为止，最好的工程纤维的强度只有真正蛛丝的一半。蛛丝坚韧的秘密在于由上百个一连串重复氨基酸构成的大型蛋白质分子。这些氨基酸由长度相仿的重复DNA序列编码。不过，美国华盛顿大学能源、环境和化学工程学院教授FuzhongZhang介绍说，“通常来说，大自然不会喜欢重复DNA，并且会想办法清除它。”虽然蜘蛛知道如何让大型DNA保持稳定，但对于其他生物来说，这种重复的单元都被剪掉或者改变了。 为绕过这个问题，Zhang和同事修改了涉及产生蛛丝蛋白质的蜘蛛DNA。经过改造的拥有这种修饰DNA的微生物，会产生带有独特“标签”的蛛丝蛋白质分子。这些“标签”将两个分子粘在一起，从而形成想要的长链然后脱落。由此获得的蛋白质比最大的天然蛋白质还要长。研究人员将这些蛋白质研磨成粉末，然后混合进一种溶液。这种溶液可被纺成强度和天然蛛丝一样的纤维。研究人员在不久前出版的《生物大分子》杂志上报告了这一成果。 Zhang介绍说，合成蛛丝或能可持续地替代诸如尼龙等以石油为原料制成的纤维。不过，挑战在于如何低成本、大量地生产它。未参与该工作的圣地亚哥州立大学化学和生物化学学院教授GregoryHolland表示，最新方法可能面临同样问题，因为纺丝溶液由具有腐蚀性且成本较高的溶剂制成。

元素百科为您介绍新型催化剂生产廉价的氢燃料。全世界都在研究以氢气形式储存可再生能源的化学潜力。澳大利亚政府有兴趣发展一个氢出口行业，出口丰富的可再生能源。原则上，氢提供了一种以一定规模储存清洁能源的方式，这使得大规模太阳能和风力发电场的推广以及绿色能源的出口成为可能。 然而，目前使用碳源生产氢的方法会排放二氧化碳，这是一种温室气体，会降低利用太阳能和风能可再生能源的好处。由可再生能源技术产生的电力驱动的电化学水裂解被认为是生产高纯氢最可持续的方法之一。 研究人员已经开发出了一种新的复合材料，这种材料可以利用便宜易得的元素作为催化剂，使电化学水分解成氢和氧。传统上，裂解水的催化剂都是昂贵的贵金属，如氧化铱、氧化钌和铂。另一个问题是稳定性，尤其是在氧气生成的过程中。 研究人员发现可以使用两种地球上含量丰富、价格低廉的替代品——钴和氧化镍，而金纳米粒子只占其一小部分——来制造一种稳定的双功能催化剂，既能分解水，又能产生氢气，而且不排放任何气体。 从工业角度来看，使用一种催化剂材料而不是两种不同的催化剂从水中生产氢是很有意义的，储存的氢气可以用于燃料电池。 燃料电池是一项成熟的技术，已经在许多汽车制造中推出。它们利用氢和氧作为燃料来发电——这基本上与水的分解相反。有了大量廉价的‘制造’氢气，我们就可以在用电高峰时将燃料电池产生的电力反馈给电网，或者为我们的运输系统供电，唯一排放的就是水。