铜氧化物纳米催化剂与水合肼协同构建可持续柴油燃料：提升燃烧效率与排放控制的新策略

针对藻类生物柴油燃烧效率低、排放污染高的问题，研究人员创新性地将水合肼（HH）作为氢载体与氧化铜（CuO）纳米催化剂结合，开发了SDF30CEHHN混合燃料。实验表明，CuO能催化HH分解释放氢，使热效率提升7.6%，同时显著降低BSHC（9.8%）、BSCO（14.9%）和烟尘排放（7.7%），为清洁能源技术提供了新思路。

　　

柴油发动机的可靠性与广泛应用使其成为现代工业的支柱，但传统柴油燃料的燃烧会释放大量温室气体和颗粒物，加剧气候变化与空气污染。更棘手的是，石油资源的不可再生性迫使人们寻找可持续替代品。藻类生物柴油因其高能量密度、快速再生能力和碳中性特点备受关注，但其热效率（Brake Thermal Efficiency, BTE）通常比标准柴油低4-9%，且氮氧化物（NO_x）排放更高。如何在不牺牲性能的前提下实现清洁燃烧，成为能源领域的重大挑战。

为此，来自Saveetha医学与技术科学学院的研究团队在《Fuel》发表了一项突破性研究。他们首次将水合肼（Hydrous Hydrazine, HH）作为氢载体引入藻类生物柴油-柴油混合燃料（SDF30CE），并加入氧化铜（CuO）纳米催化剂，构建了新型燃料SDF30CEHHN。通过单缸柴油发动机实验，团队发现CuO能高效催化HH分解，释放的氢显著提升了燃烧稳定性，使BTE较纯藻类柴油提高7.6%，同时大幅降低碳氢化合物（BSHC）、一氧化碳（BSCO）和烟尘排放，为兼顾性能与环保的燃料设计提供了全新方案。

关键技术方法
研究采用三步法：1）通过酯交换反应合成小球藻（Chlorella emersonii）甲酯（CE），经FTIR确认其酯羰基特征峰（1742 cm^?1）；2）利用X射线衍射（XRD）和能量色散X射线谱（EDX）表征CuO纳米催化剂的晶型与氧空位活性；3）在BMEP（制动平均有效压力）梯度下测试SDF30CEHHN的燃烧参数与排放，对比标准柴油（SDF）及中间混合燃料。

研究结果

1. 燃烧性能分析
藻类生物柴油SDF30CE本身已改善燃烧指标，但添加HH后因氢释放不稳定导致性能下降。CuO的引入通过催化N-H键断裂（N₂H₄→N₂+2H₂）稳定了燃烧过程，使BTE从HH组的-8.9%逆转为+7.6%，接近柴油基准水平。

2. 排放特性
CE单独使用可使BSHC、BSCO和烟尘分别降低9.3%、11.7%和9.4%，但NO_x增加13.1%。HH的加入虽抑制NO_x生成，却加剧了其他污染物排放。CuO的协同作用使所有关键污染物同步下降，其中BSCO降幅达14.9%，且NO_x亦有5.6%的边际改善。

结论与意义
该研究首次证实CuO-HH系统在藻类生物柴油中的双重作用：通过Cu²⁺/Cu⁺氧化还原循环促进氢释放，同时利用氧空位吸附反应中间体，实现高效低排放燃烧。这一策略不仅解决了生物柴油热效率低的瓶颈，还规避了高压储氢的安全风险。其成本效益（CuO可微波法规模化制备）与现有柴油基础设施的兼容性，使其在电站动力等领域具有 immediate application potential，为碳中和目标下的能源转型提供了可落地的技术路径。