阿卜杜拉国王科技大学
空气-水界面上微液滴中过氧化氢的形成并不像以前认为的那样是自发的，而是由臭氧驱动的
信用:考斯特 KAUST研究人员的一项全面调查直接记录了微米级水滴或微滴中过氧化氢的形成，并表明臭氧是这种转变的关键1，2
空气-水界面是许多自然、家庭和工业过程的重要场所，例如海洋-大气交换、云和露水形成、充气饮料和生物反应器
然而，由于缺乏特定于表面的技术或计算模型，探测空气-水界面的化学变化具有挑战性
最近的研究表明，水在微液滴中自发转化为30-110微摩尔的过氧化氢(H2O2 ),通过冷凝蒸汽或使用加压氮气喷水获得
因此，温和的温度和压力条件，加上没有催化剂、共溶剂和大量施加的能量，如何破坏共价O-H键，对教科书中对水的理解提出了挑战
据推测，这种不寻常的现象是由空气-水界面的超高电场导致的，该电场有助于OH自由基的形成，但没有直接的证据被报道
为了进一步研究这一现象，Himanshu Mishra组建了一个由计算流体力学家和工程师Hong Im和Sigurdur Thoroddsen组成的团队
“喷雾是一个复杂的系统，会产生冲击波和快速蒸发；所以，我们从冷凝水微滴开始，”米什拉说
与Ph合作
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学生小王茂林·加洛和纳亚拉·穆斯科普夫，研究科学家张鹏利用一种超灵敏的基于荧光的分析方法，可以检测到H2O2水溶液，检测下限比原始分析方法低近40倍
他们在来自热水的冷凝微液滴中没有发现H2O2，但是在来自商用超声波加湿器的微液滴中发现了高达1微摩尔的H2O2
有了这个关键的认识，研究小组研究了喷雾
博士后刘新磊的计算机模拟和博士的高速成像
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学生杨子强演示了碗状冲击波在喷雾中形成，但这些条件不足以将水化学转化为H2O2
“问题仍然存在:在加利福尼亚研究的冷凝和喷雾微滴中剩余的H2O2来自哪里，为什么我们在考斯特没有看到它？”首席作者小盖洛说
在几次试图解释这个难题失败后，研究小组转向环境臭氧作为H2O2形成的潜在因素
“在阅读40年前的论文时，我突然灵光一现
他们将环境臭氧列为H2O2测量中的干扰物，”米什拉解释道
为了控制周围的臭氧水平，研究人员使用了臭氧发生器，并将产生的气体与氮气混合，然后将其引入手套箱
他们观察到，增加臭氧浓度会促进H2O2的形成
“我们非常高兴，因为这就是答案，”合著者穆斯科普夫说
根据环境保护署收集的记录，虽然我们手套箱内的环境臭氧浓度保持在十亿分之二以下，但在加利福尼亚州却超过了十亿分之八十
尽管臭氧在水中的溶解度极小，但微液滴表面积的增加使得更多的臭氧被溶解并快速反应形成H2O2
“这肯定与这个地方的地理位置有关，我们在沙特阿拉伯和加利福尼亚的地理位置之间的环境差异，”小盖洛说
总之，这些数据否定了水在空气-水界面自发转化为H2O2的说法
“我们捍卫了教科书上的物理化学和我们对水的了解，”米什拉总结道
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