青岛能源所利用质谱技术揭示微液滴活化氧气新机制
- 2025/4/1 11:22:19 30057
- 来源：中国科学院青岛能源所
【仪表网 研发快讯】活性氧物种(Reactive Oxygen Species，ROS)作为短寿命高活性氧衍生物，在高级氧化过程和催化等领域发挥关键作用。传统ROS生成方法依赖于物理、化学和生物技术，通常需要昂贵的金属催化剂或酶、复杂的预处理以及苛刻的反应条件，存在能耗高、环保性差等问题，亟需寻找更加绿色和高效的替代方案。
近年来，微液滴化学因其无催化剂和绿色的化学转化特性，成为传统ROS生成方法的有力替代。水微液滴的独特性质，如部分溶剂化、超强电场、试剂富集与定向排列、自发氧化还原反应和极端pH条件，能够显著加速反应进程。微液滴气-液界面在强电场作用下，其内部能够自发地生成羟基自由基(·OH)，两个·OH进一步重组形成过氧化氢(H2O2)。该特性已被成功应用于有机合成、污染物治理及大气化学研究，但外源性ROS生成机制仍有待深入解析。
近期，青岛能源所团簇化学与能源催化团队联合斯坦福大学的Richard N. Zare教授团队，利用在线质谱联用捕获剂、同位素标记等技术，揭示了带电微液滴活化氧气生成多种类型ROS(O3−、H2O·O3−、·OH、CO3−和HCO4−)的新机制。研究发现，除了气-液界面处的强电场的作用，COMSOL模拟及光子探测实验证实：液滴碎裂过程中产生的液滴间强电场，能够引发“微闪电”现象，该现象的电场强度足以断裂氧气分子O–O键，并诱导其与水、氧气或二氧化碳反应生成一系列ROS。这一发现不仅揭示了微液滴体系ROS生成新途径，更为氧气活化策略提供了新思路。
上述研究成果发表于Journal of the American Chemical Society，博士研究生周健为论文的第一作者，孙晓岩研究员和斯坦福大学Richard N. Zare教授为共同通讯作者，论文发表过程中也得到了单细胞中心程功奎和沈威老师的大力支持。该工作得到了青岛能源所强基计划和山东省自然科学基金等项目的支持。
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