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美国纳米科学大突破

www.creaders.net | 2024-10-03 19:41:13  中时新闻网 | 0条评论 | 查看/发表评论

我们都知道“氢与氧结合成水”,现在科学家把这个基础化学常识推升到新的境界:把过程拍摄下来。 同时,这个实验也发明了一种新的造水方法。

新阿特拉斯(New Atlas)报道,众所周知,一种名为钯(化学符号Pd)的稀有元素,是将气态氢和氧转化为水的良好催化剂,但是具体的工作原理仍知之甚少。 因此,在这项新研究中,美国西北大学(Northwestern University)的研究人员使用了一种新开发的观测技术,来了解化学反应期间的分子细节。

他们将钯样品放入蜂窝状奈米反应器中,并用超薄膜玻璃包裹。 然后,引入气体。 再利用“高真空透射电子显微镜”(High-vacuum transmission electron microscopes)进行观察。

研究团队看到氢原子进入钯,扩大了钯原本的方形晶格。 但随后加入氧气后,钯的表面逐步形成微小的水泡,这就是氢氧结合的过程。

研究人员Yukun Liu表示:“我首次看到时,简直不敢相信自己的眼睛,这超出了我们的预期,我们认为这可能是迄今为止,直接观察到的最小颗水滴。 幸运的是,整个过程都被录制下来,这样我们就可以向其他人证明我们没有疯。”

由此产生的视频很有趣,为我们提供了一个直观纳米级反应的影象,也证明了我们在小学自然课学到的反应,这非常有教育意义。

美国纳米科学大突破

同时,利用钯来生水也有实际应用价值。 过进一步的实验,研究小组找到了使用钯生产水的最佳方法。 先加入氢气,再加入氧气,反应速率最快。 氢原子会先挤入钯金属的晶格中,后添加的氧气,出现在钯表面时,氢气会自行出来,并与氧气化合成水。

这是一种生产水的新方法。 该研究的资深作者德拉维德 (Vinayak Dravid)说:“可还记得电影《绝地救援》(The Martian,也译火星救援)当中,麦特戴蒙 (Matt Damon) 饰演的马克华特尼 (Mark Watney),他受困在火星上,为了种马铃薯,他燃烧火箭燃料来提取氢气,然后从他的氧合器中添加氧气。 我们的过程是类似的,只是我们这个方法不需要燃烧,也就不会遇到麦特戴蒙被炸飞的场景。”

“我们只要先将氢气填充进钯片里,然后将它们装载到太空船上,并根据需要添加氧气,就可以产生饮用水。”

“钯金属可能看起来很贵,但它是可回收的,整个制水的流程不会消耗它。 唯一消耗的是气体,而氢是宇宙中最丰富的气体。 反应结束后,我们可以不断反复的使用钯片。”

当然,这还有很长的路要走,现实中可能不太现实。 但在不久的将来,它仍然可以在地球上找到用途。

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