1.2　纳米材料与能源、环境的关系

能源是人们生活中不可缺少的物质。当今支撑世界经济发展的能源主要是化石能源，即煤炭、石油和天然气。这些能源资源都是亿万年前古代太阳能的积存，远古的生物质吸收了太阳辐射能而生长，但是经过地壳变化，翻天覆地，把这些生物质埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，慢慢地变成了碳氢化合物——可以燃烧的矿物质。然而，这种漫长的地质年代和地壳的巨大变化，已不可能在地球上重复出现。因此将煤炭、石油和天然气称为不可再生的能源。据专家们估计，在世界常规能源中，除煤炭因储量较多尚可维持较长时间外，目前已探明的石油或天然气储量将在大约50～100年内开采完。煤炭资源虽然较丰富，但作为不可再生的能源在未来仍然面临短缺的危机。

与此同时，由于过多地和不合理地使用煤炭、石油和天然气等化石能源，在世界范围已造成严重的环境污染，主要表现在全球气候变暖、臭氧层破坏、酸雨蔓延、生物多样性丧失、海洋污染、土地沙化等方面。全球环境问题已经对人类的生存与发展构成了极大的威胁。1992年在巴西里约热内卢召开了规模空前的联合国“环境与发展”首脑大会，通过了《环境与发展宣言》和《21世纪议程》，为在全球范围内实现可持续发展制定了行动纲领，使可持续发展成为世界各国共同追求的目标。这就迫使人们不得不高效利用现有能源并将多余的能源储存起来，与此同时不断探求新的、高效的、清洁的能源，以求世界持续发展。

随着经济的发展，目前环境问题日益突出，受到广泛关注。同时，环境问题的有效解决途径之一在于高效利用现有能源，寻找高效、清洁的能源。对于石油化工，最重要的是催化剂。合成比表面积大、尺度均匀、形状可控和多功能复合型纳米材料在催化上大有用武之地。能量储存是科学家研究了一个世纪的问题。自然界有各种能源，例如雷电能和风能，这些能源的能量是瞬时的或随时间变化的。如何把这些能量在发电高峰时储存起来，而在发电低峰时供给出去，一直是科学和技术的大难题。纳米材料有可能提供新的高效率的蓄电池材料。利用它们快速的电子和离子输运过程来设计和实现快速充电而缓慢放电的新型电池材料。解决能源再生、能源回收和能量转换问题是有效利用现有能源的必经之路。

由于独特的物理化学性能，纳米材料在传感器技术上是大有可为的。利用纳米材料的大表面积，可以制造出具有高灵敏度、高选择性、高稳定性和高重复性的应用于气体、化学和生物化学领域的纳米传感器（nanosensor）。这些传感器可以监视和检测环境，例如水的质量、毒气的扩散、血液的成分变化等。用纳米工程设计的多孔材料可以有效地清理污染，进行废物处理和回收，以及净化水资源。无论是采用光催化技术还是催化燃烧技术处理空气污染物或水污染物，纳米结构材料的深入研究以及有关反应机理与工艺的探索，都将对有关环境问题的解决起到重要作用。

已经有很多关于纳米材料在环境与能源的应用研究的报导，在未来的有关研究中，要充分重视减少材料与能源消耗、提高效率和稳定性等制备工艺的研究。相信随着研究的不断深入，含有多种组成和多种结构的复合材料、规则排列或有序构造的纳米结构材料，一定会在环境和能源方面发挥越来越重要的作用。