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納米氣泡因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在能源催化、生物醫(yī)學(xué)及環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。自2000年納米氣泡被原子力顯微鏡觀測證實(shí)以來，迅速成為科學(xué)界和企業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前，納米氣泡高效制備是決定納米氣泡應(yīng)用的關(guān)鍵，且納米氣泡工業(yè)應(yīng)用對納米氣泡濃度和穩(wěn)定性提出了更高的需求。但是，納米氣泡傳統(tǒng)制備方法面臨產(chǎn)量低、穩(wěn)定性差等技術(shù)瓶頸。電化學(xué)方法因其電壓、反應(yīng)時(shí)間等可控，被學(xué)界認(rèn)為是制備納米氣泡最佳方法之一。

近日，中國科學(xué)院上海高等研究院工程師周利民和研究員張立娟團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、上海大學(xué)教授胡鈞，將超聲和電化學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，開發(fā)出一類結(jié)合電解和超聲波技術(shù)制備納米氣泡新方法。該方法實(shí)現(xiàn)了納米氣泡高效量產(chǎn)，并將氫氣納米氣泡濃度提升至傳統(tǒng)方法的6倍以上，且在堿性環(huán)境中穩(wěn)定存在超24小時(shí)。同時(shí)，研究人員設(shè)計(jì)出雙室分離式電解槽，并在電解反應(yīng)中引入40kHz超聲波場，有效促進(jìn)了氣泡從電極表面脫離及破碎過程，使氫氣納米氣泡濃度達(dá)到2.0×10?個(gè)/毫升。研究顯示，外加超聲場可促進(jìn)納米氣泡與電極表面分離，提高電解效率，且通過超聲空化能夠在水溶液中直接促進(jìn)納米氣泡成核生長。

這一研究系統(tǒng)性地探究了反應(yīng)時(shí)間、施加電壓及電解質(zhì)溶液種類與濃度對氫氣納米氣泡濃度的影響，并對不同溶液環(huán)境下氫氣納米氣泡穩(wěn)定性及其機(jī)制展開探討。同時(shí)，該研究首次實(shí)現(xiàn)了納米氣泡量產(chǎn)，有望為工業(yè)應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以Ultrasonic Assisted Electrolysis Enables Massive Production of Hydrogen Bulk Nanobubbles為題，發(fā)表在《膠體與界面科學(xué)雜志》（Journal of Colloid and Interface Science）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會和科學(xué)技術(shù)部的支持。

論文鏈接

超聲輔助電解生成氫氣納米氣泡的機(jī)制圖