在第一个“纳米级”视频中观看原子融合成世界上“最小的水泡”

一项新研究捕捉到了氢原子和氧原子在“稀薄空气”中结合形成微型水滴的前所未见的镜头。新改进的反应有一天可以帮助宇航员在太空中制水。

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研究人员首次捕捉到氢和氧原子在稀有金属催化剂的作用下在“稀薄空气”中结合成水的纳米级视频片段。研究人员表示，这种超高效的反应有一天可以帮助宇航员在太空中制水，同时也产生了有史以来最小的水泡。

该视频是 9 月 27 日发表在PNAS杂志上的一项新研究的一部分，其中研究人员测试了钯如何在标准实验室条件下催化氢气和氧气之间的反应来生成水。研究小组使用一种新型监测设备研究了这种反应，该设备非常详细地捕获了该过程。

研究主要作者、伊利诺伊州西北大学材料科学家Yukun Liu在一份声明中表示：“我们认为这可能是有史以来形成的、可直接观察到的最小气泡。” >。 “幸运的是，我们正在录制它，这样我们就可以向其他人证明我们没有疯。”

研究小组使用一种特殊的超薄玻璃膜来引发反应，该玻璃膜将气体分子保留在蜂窝状的“纳米反应器”室内。这意味着可以使用电子显微镜实时查看测试，使研究人员能够更多地了解反应如何进行。

西北大学原子和纳米表征实验中心 (NUANCE) 的研究人员在一月份发表的研究中首创了这项新技术。

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研究人员写道，自 1900 年代以来，研究人员就知道钯（一种外观与铂相似的银白色稀有金属）可以催化氢和氧之间的干反应。然而，到目前为止，尚不清楚该反应到底是如何进行的。

这项新研究表明，气态原子首先挤压在排列成方形晶格的钯原子之间。这会扩大晶格并使水滴能够在催化剂表面形成。研究小组还发现，可以通过首先向钯中添加氢原子来加速该过程，因为氢原子比氧原子小。这使得钯晶格能够在添加氧之前膨胀，从而为较大的原子更容易地融入其中创造更大的间隙。

该团队认为，该反应的放大版本可用于为太空中或其他行星上的宇航员制造水。研究人员将其与马特·达蒙主演的科幻电影《火星救援》中的场景进行了比较，其中一名滞留的宇航员在火星上通过燃烧火箭燃料并将其与宇航服中的氧气结合来制水。

研究合著者、NUANCE 中心主任维纳亚克·德拉维德 (Vinayak Dravid) 在声明中表示：“我们的过程是类似的，只不过我们绕过了对火灾和其他极端条件的需求。” “我们只是将钯和气体混合在一起。”

钯金是一种昂贵且稀有的材料，每盎司的价格高达 1,000 美元。这主要是因为它可以催化许多其他化学反应，并被广泛应用于各种技术中。因此，为宇航员制造造水装置可能会非常昂贵。

然而，研究人员认为，从长远来看，这笔费用是值得的。

“钯金可能看起来很贵，但它是可回收的，”刘说。 “我们的过程不会消耗它。唯一消耗的是气体，而氢是宇宙中最丰富的气体。”