在它的种类中第一个“纳米级”视频中观看原子融合成世界的水的“最小的泡”

By Harry Baker

published 8 hours ago

Chemistry

一项新的研究捕捉到了从未见过的氢原子和氧原子出自“稀薄空气”结合来形成一个微型水滴的镜头。新改进的反应有朝一日可能帮助宇航员在太空中制造水。

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研究人员相信他们已经捕捉到了从来被人类看到过的最小水泡的镜头。它测量跨度约为50纳米（0.000002英寸）。(Image credit: Vinayak Dravid/Northwestern University)

首次研究人员已经捕捉到出自“稀薄空气”氢和氧原子结合成水的纳米级视频片段，这要归功于一种罕见的金属催化剂。研究人员说，这种超高效的反应有朝一日可以帮助宇航员在太空中制造水，也产生了从来见过的最小水泡。

该视频是9月27日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究的部分，其中研究人员在标准实验室条件下测试了钯如何催化氢气和氧气之间的反应来创造水。该团队用一种超详细捕捉到这一过程的新型监测器具研究了这种反应。

该研究的主要作者、伊利诺伊州西北大学的材料科学家刘玉坤在一份声明中说，“我们认为这可能是从来已经被直接观察到形成的最小水泡，幸运的是我们正在记录它，这样我们可以向其他人证明我们没有疯狂” 。

该团队用一种特殊的将气体分子把持在蜂窝状的“纳米反应器”室内的超薄玻璃膜诱导了这种反应。这意味着测试能被用电子显微镜实时观望，使研究人员能够更多了解反应是如何工作的。

来自西北大学原子与纳米尺度特征化实验中心（NUANCE）的研究人员在1月份发表的一项研究中开创了这项新技术。

研究人员写道，自20世纪以来研究人员已经知道钯一种外观与铂相似的银白色稀有金属能催化氢气和氧气之间的一个干反应。然而到目前为止到底反应如何起作用是不清楚的。

新的研究揭示了气态原子首先在被安排成一个方形晶格的钯原子之间挤压。这扩大晶格并使水滴能够在催化剂表面形成。该团队还发现通过首先对钯添加氢原子能加快这一过程，因为它们比氧原子更小。这使钯晶格在氧被添加之前扩张，为更大的原子更容易嵌入其中创造更大的间隙。

该团队相信这种反应的一个放大版本可被用于太空中为宇航员或在其他行星上的殖民地创造水。研究人员将它与马特·达蒙主演的科幻电影《火星救援》中的一个场景比较，其中一名被困的宇航员通过燃烧火箭燃料并将它与宇航服中的氧气结合在火星上制造水。

西北大学原子与纳米尺度特征化实验中心中心主任、该研究的合著者德拉韦德（Vinayak Dravid）在声明中说，“我们的过程是类似的，除我们绕过了需要火灾和其他极端条件，我们只是将钯和气体混合在一起” 。

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钯是一种昂贵和稀有的材料，每盎司的价格高达1000美元。这大体是因为它能催化许多其他化学反应，并被用于广泛的技术。因此，为宇航员创造一种产水装置可能是非常昂贵的。

然而，研究人员争论从长远来看这笔费用是值得的。

刘说，“钯可能看起来昂贵的，但它是可回收的。我们的过程不消耗它。唯一消耗的东西是气体，而氢气在宇宙中是最丰富的气体” 。

https://www.livescience.com/chemistry/watch-atoms-fuse-into-worlds-smallest-bubble-of-water-in-1st-of-its-kind-nanoscale-video