電化學(xué)電池有助于二氧化碳的循環(huán)，然而，催化表面在這個(gè)過程中會(huì)磨損。Ruhr-Universitaet-Bochum合作研究中心1316“瞬態(tài)大氣等離子體：從等離子體到液體再到固體”，研究人員正在探索如何利用極端的水中等離子體按下按鈕就能使它們?cè)偕?/p>

首先利用光譜學(xué)和模型對(duì)這種只存在幾納秒的水下等離子體進(jìn)行了詳細(xì)分析，并從理論上描述了等離子體點(diǎn)火的條件，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《等離子體科學(xué)和技術(shù)》上。

等離子體是電離氣體：當(dāng)一種氣體被激活并含有自由電子時(shí)，等離子體就形成了。來自RUB實(shí)驗(yàn)物理研究所II的Katharina Grosse說：在自然界中，等離子體發(fā)生在恒星內(nèi)部，或者在地球上以極光的形式出現(xiàn)；在工程中，等離子體被用來產(chǎn)生熒光燈中的光，或制造微電子領(lǐng)域的新材料；通常，等離子體是在氣相中產(chǎn)生，例如在空氣中或在惰性氣體中。

在水中破裂

在目前的研究中，研究人員直接在液體中產(chǎn)生等離子體。為此，在水下的發(fā)絲電極上施加了高達(dá)十億分之一秒的高壓。等離子體點(diǎn)火后，電極尖端存在較大的負(fù)壓差，導(dǎo)致液體中產(chǎn)生破裂。然后等離子體穿過這些斷裂。等離子體可以與閃電相比——只有在這種情況下，它發(fā)生在水下。

比太陽(yáng)還熱

利用快速光譜學(xué)結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)模型，研究小組確定了這些等離子體的功率、壓力和溫度的變化。實(shí)驗(yàn)物理研究所II的Achim von Keudell教授指出：在這個(gè)過程中，觀察到這些等離子體內(nèi)部消耗短暫地達(dá)到了100千瓦，這相當(dāng)于幾個(gè)單戶家庭的連接負(fù)荷。

此外，超過幾千個(gè)大氣壓的壓力產(chǎn)生——與太平洋最深處的壓力相對(duì)應(yīng)，甚至超過了這個(gè)壓力。最后，會(huì)有幾千度的短暫溫度爆發(fā)，大致相當(dāng)于甚至超過太陽(yáng)表面溫度。

水被分解成各種成分

這種極端情況只持續(xù)很短的時(shí)間，到目前為止的研究主要集中在微秒范圍的水下等離子體，在這段時(shí)間里，水分子有機(jī)會(huì)補(bǔ)償?shù)入x子體的壓力。極端等離子體是目前研究的主題，其特點(diǎn)是具有更快的過程。水不能補(bǔ)償壓力，水分子被分解。

這樣釋放出來的氧氣，對(duì)電化學(xué)細(xì)胞的催化表面起著至關(guān)重要的作用。通過對(duì)這些表面進(jìn)行再氧化，它可以幫助它們?cè)偕?，并再次發(fā)揮它們的全部催化活性。此外，溶解在水中的試劑也可以被激活，從而促進(jìn)催化過程。

博科園｜研究/來自：Ruhr-Universitaet-Bochum

參考期刊《等離子體科學(xué)和技術(shù)》

DOI: 10.1088/1361-6595/ab26fc

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