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这篇Science Advances为您揭开水分解的神秘面纱

来源:原创/投稿/转载 发布时间:2019-08-11

  大多数我们观察到的只是表象,实际真正的反应却犹抱琵琶半遮面,并未探得真容。前段时间新闻炒的特别火的南阳水氢气车不知道大家有没有听过,号称只要加水就能让汽车跑起来,实际到底是什么情况呢?这时候就需要真正的技术人员出场啦~(噔噔蹬~)实际上他们是用水氢发动机来分解水制取氢气来催动汽车的行驶,这个发动机就是在水里面添加一种添加剂,添加剂能够起到催化的作用产生氢气,再由氢气转化产生电能从而推动汽车发动。虽然这种发动机还未得到真正的认证,水制氢技术的产业化仍需再进一步的研究,但是大家有没有感觉这个添加剂是多么神奇,加进去之后水就能被分解产生氢气来推动汽车启动了,这其中的弯弯绕绕相信也是大家也是非常想要了解的。

  虽说好奇心害死猫,一件事情发生的时候如果没有好奇心促使去揭开其中的真面目,那么现在生活在五彩缤纷的世界可能就不是人类了呢。因此,在追求本真的动力驱使下,田纳西大学的Feng-yuan Zhang教授所带领的科研团队联合美国橡树岭国家实验室和美国国家可再生能源实验室用一种新型的可视化系统去揭开的水分解的神秘面纱,不仅仅是添加剂这么简单哟~

  咳咳,好了,科研小学堂上线啦,敲黑板!!!请同学们保持安静,接下来我们就一起来近距离观察一下到底张教授是怎么观察到水变成气体,然后优化整个反应接触界面,让催化活性从传统的水平提升至50倍以上,为扩大催化效率和降低工业催化生产成本提供了更多参考的意义。看看,牵一发而动全身啊,所以千万不要小看这些我们平常都不在意的或者理所当然的小细节,说不定你注意到了并且深入探究了这一细节,那么一篇Science Advances就到手啦,嘿嘿~

  话不多说,言归正传,正式开始之前要准备的东西当然得先准备好啦。首先,可视化系统是不是得需要一部摄像机啊,当然这可不是普通的摄像机啦,而是非常高级的可观察到微观尺度的高速微观可视系统(HMVS),它包括一个高速相机(幻影v711)和内部光学组件。高速相机在全分辨率的情况下可达到最高速度7500帧每秒(fps)。在降低分辨率的情况下,它还可达到140万fps。内部光学组件由主变焦镜体和一系列物镜、目镜组成,即使在高分辨率下工作距离也可达到 70mm。所以它才能从微空间和微尺度两个方向去观察记录整个反应的发生。然后就是透明的反应容器啦,一种新型的电化学质子交换膜电解槽(PEMECs),这个PEMECs里面就包含了添加剂,即催化剂,导电膜,催化剂层(CL)和气液扩散层(LDGL),电化学反应过程中最重要的固气液(催化剂,气体和水)三相反应区间(TPS)也是在这上面发生的,三种完全不同相态的物质之间又能碰撞出什么不一样的火花呢,让我们拭目以待。

  果然高科技从不会让人失望,高速微观可视系统下观察到的PEMEC微通道上发生的电化学反应清清楚楚,图中通道黑色的部分是催化剂层CL,而出现在微通道之间的灰色区域则是气液扩散层LGDL。喷涂薄层钛膜的LGDL是均匀分布的高度为600微米和宽度150微米的三角形开放区域。在一定的测试条件下可以看到水分解成的氧气气泡先是从靠近灰色区域LGDL的黑色催化剂层部分的表面产生,这些气泡开始变大,离开催化剂层的表面,彼此融合之后最终离开充满水的微通道,这是不是像极了爱情,初识,磨合,最终携手而去。而这个美妙的过程都被我们高速微观可视系统记录下来了,其中还观察到了微通道产生几种不同的气液两相流。好了,观察到这里你以为就结束了吗?那你就大错特错了,真正不可思议的地方才正要开始呢,成败就在你能不能沉下心来观察这些气泡的小心机啦!是的,氧气气泡这个小心机不是均匀的在CL的表面生成,而是偏向生长啦,没错,它只挑它最喜欢的LGDL和CL的交界面处生成。这就是得不到的永远在骚动,被偏爱的都有恃无恐的!而其他的不同形状,不同尺度的开放区域边缘观察到的都是一样的情况,说明这个小心机基本都是这么任性和偏爱了。说明反应就是只发生在CL与LGDL的交界面处,而不是大家认为的在整个均匀的CL表面呢。

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