科学家设计基于等离子体的新方法 为未来火星探索者生产氧气

科学家设计基于等离子体的新方法为未来火星探索者生产氧气一个国际研究小组已经设计出一种基于等离子体的方法来生产和分离火星环境中的氧气。这是美国宇航局的“火星氧原位资源利用实验”（MOXIE）的一个补充方法，它可能提供每公斤送往太空的仪器的高分子生产率。这样一个系统可以在开发火星上的生命支持系统中发挥重要作用。它还可以生产加工燃料、建筑材料和肥料所需的原料和基础化学品。在AIP出版的《应用物理学杂志》上，研究人员提出了一种利用和加工当地资源在火星上生成产品的方法。因为火星大气层主要是由二氧化碳形成的，可以通过分解产生氧气，而且其压力有利于等离子体的点燃，所以红色星球上的自然条件几乎是等离子体就地利用资源的理想条件。该团队包括来自里斯本大学、麻省理工学院、索邦大学、埃因霍芬理工大学和荷兰基础能源研究所的科学家们。研究人员指出，在火星上生产氧气的有两大障碍。“首先，分解二氧化碳分子以提取氧气。这是一个非常难以分解的分子，”研究作者、里斯本大学的VascoGuerra说。“其次，将产生的氧气从还包含例如二氧化碳和一氧化碳的气体混合物中分离出来。我们正在以一种整体的方式研究这两个步骤，以同时解决这两个挑战。这就是等离子体可以提供帮助的地方。”等离子体是物质的第四种自然状态，包含自由带电粒子，如电子和离子。电子很轻，很容易被电场加速到非常高的能量。Guerra说：“当子弹般的电子与二氧化碳分子碰撞时，它们可以直接分解它，或者转移能量使其振动。这种能量在很大程度上可以被引导到二氧化碳的分解中。与我们在法国和荷兰的同事一起，我们通过实验证明了这些理论的正确性。此外，等离子体中产生的热量也有利于氧气的分离。”氧气是创造一个可呼吸环境的关键，它也是为未来火星农业生产燃料和肥料的起点。就地生产燃料将是未来任务的需要。所有这些对于未来人类在火星上的定居都是至关重要的。通过分解二氧化碳分子来生产绿色燃料和回收化学品，等离子体技术也可能有助于解决地球上的气候变化。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1305539.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1305539.htm

科学家开发出生产绿色氢气的更高效新方法

科学家开发出生产绿色氢气的更高效新方法这项新研究最近发表在《焦耳》（Joule）杂志上，重点关注氢气或合成气的生产，合成气是氢气和一氧化碳的混合物，可转化为汽油、柴油和煤油等燃料。科罗拉多大学博尔德分校的研究小组为第一种完全利用太阳能生产这种燃料的商业化可行方法奠定了基础。这可能有助于工程师以更可持续的方式生产合成气。该小组由化学与生物工程系教授AlWeimer领导。这项新研究的两位主要作者之一、化学与生物工程系副研究员肯特-沃伦（KentWarren）说："我的想法是，有朝一日，当你去加油站加油时，我们会有无铅汽油、超级无铅汽油和乙醇汽油等多种选择，然后还有一种太阳能燃料可供选择，这种燃料来自阳光、水和二氧化碳。我们希望它在成本上能够与从地下获取的燃料相媲美。"传统上，工程师们通过电解法生产氢气，即利用电能将水分子分裂成氢气和氧气。而该团队的"热化学"方法则是利用太阳光产生的热量来完成同样的化学反应。这种方法还能将从大气中提取的二氧化碳分子分裂成一氧化碳。科学家们之前已经证明，这种制造氢气和一氧化碳的方法是可行的，但其效率可能不足以以商业上可行的方式生产合成气。在新的研究中，研究人员证明，他们可以在较高的压力下进行这些反应，部分原因是采用了铁铝酸盐材料，这种材料相对便宜，在地球上也很丰富。这些较高的压力使研究小组的氢气产量增加了一倍多。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382709.htm

科学家展示新方法：利用磁铁在微重力条件下从水中获取氧气

科学家展示新方法：利用磁铁在微重力条件下从水中获取氧气科学家们展示了一种利用磁铁在微重力条件下从水中获取氧气的方法，这被描述为帮助人类进入深空的系统发展的一个关键进展。该技术作为一种具有成本效益和可行的方式，在宇航员的旅程中保持呼吸，并标志着在没有浮力的情况下从水中生产氧气的一个重要突破。“在国际空间站，氧气是通过一个电解池产生的，该电解池将水分裂成氢气和氧气，但随后你必须将这些气体排出系统，”研究主要作者ÁlvaroRomero-Calvo解释说。“美国宇航局艾姆斯研究中心的一位研究人员相对较新的分析得出结论，在火星旅行中调整同样的架构将有如此重大的质量和可靠性损失，以至于它的使用没有任何意义。”在太空中提取氧气的困难与缺乏重力有关。在地球上，重力在帮助二氧化碳气泡漂浮到表面方面发挥了作用，例如在一杯苏打水中。但是在太空中，这些气泡仍然悬浮在液体中。这些气体可以在笨重和昂贵的离心机的帮助下被提取出来，但是科学家们已经花了多年时间探索如何利用磁铁达到同样的效果。为了在类似太空的环境中研究这种可能性，研究作者转向了德国的不莱梅落塔，这是一个146米高（480英尺）的科学设施，它将一个防震舱坠落到地面，以创造一个短暂的微重力实验时间窗口，在这种情况下持续9.2秒。科学家们开发了一种新技术，利用钕磁铁将气泡从各种液体的电极表面分离出来。在他们成功的实验中，研究人员首次能够使用这种方法在微重力下用磁力吸引和排斥气泡。科罗拉多大学博尔德分校的HanspeterSchaub教授说：“经过多年的分析和计算研究，能够在德国使用这个神奇的落塔，具体证明了这个概念将在零重力空间环境中发挥作用。”根据该团队的说法，这一进展可以为下一代航天器带来新一代的生命支持系统，并且是那种可以极大地帮助将人类送往月球和火星的技术。研究报告的作者、华威大学的KatharinaBrinkert博士说：“这些效应对相分离系统的进一步发展有着巨大的影响，例如用于长期的太空任务，这表明即使在几乎没有浮力的情况下，也可以在水（光）电解器系统中实现高效的氧气和氢气的生产。”这项研究发表在《npjMicrogravity》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1305473.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1305473.htm

创新系统可扬长避短 将海水转化为氢燃料

创新系统可扬长避短将海水转化为氢燃料他们的创新设计被证明成功地产生了氢气，而同时没有产生大量的有害副产品。他们的研究结果最近发表在《焦耳》杂志上，可以帮助推进生产低碳燃料的努力。"今天许多水变氢系统试图使用单层或单层膜。我们的研究将两层膜结合在一起，"SLAC-斯坦福联合研究所SUNCAT界面科学和催化中心的副研究员AdamNielander说。"这些膜结构使我们能够在实验中控制海水中离子的移动方式。"氢气是一种低碳燃料，目前被用于许多方面，例如运行燃料电池电动汽车，以及作为一种长期的能源储存选择--一种适合储存几周、几个月或更长的能源，可用于电网。许多制造氢气的尝试从淡化水开始，但这些方法可能是昂贵的，而且是能源密集型的。处理过的水更容易操作，因为它有更少的化学元素漂浮在周围。然而，研究人员说，净化水过程是昂贵的，需要大量能源并增加了设备的复杂性。另一种选择，即天然淡水也包含一些对现代技术来说有问题的杂质，此外，它还是地球上一种比较有限的资源。为了使用海水，该团队实施了一个双极或两层的膜系统，并使用电解进行测试，这是一种利用电力驱动离子或带电元素来运行所需反应的方法。SLAC和斯坦福大学的博士后研究员JosephPerryman说，他们的设计从控制对海水系统最有害的元素--氯化物开始。Perryman说："海水中有许多活性物种可以干扰水到氢气的反应，而使海水变咸的氯化钠是主要的罪魁祸首之一。特别是，到达阳极并氧化的氯化物将减少电解系统的寿命，并且由于氧化产物的毒性，包括分子氯和漂白剂，实际上可能变得不安全。"实验中的双极膜允许进入制造氢气所需的条件，并减轻氯气进入反应中心的影响。理想的膜系统将执行三个主要功能：从海水中分离氢气和氧气；只帮助移动有用的氢气和氢氧根离子，同时限制其他海水离子；以及帮助防止不希望发生的反应。把这三者结合起来是很难的，该团队的研究目标是探索能够有效结合这三种需求的系统。具体到他们的实验中，质子，也就是正氢离子，通过其中一个膜层到达一个地方，在那里它们可以被收集，并通过与一个带负电的电极相互作用变成氢气。系统中的第二层膜只允许负离子，如氯化物，通过。斯坦福大学化学工程系研究生和共同作者DanielaMarin说，作为额外的后盾，一个膜层包含固定在膜上的带负电的基团，这使得其他带负电的离子，如氯化物，更难移动到它们不应该去的地方。事实证明，在该团队的实验中，带负电荷的膜能高效地阻挡几乎所有的氯离子，而且他们的系统在运行时不会产生漂白剂和氯气等有毒副产品。研究人员说，除了设计一个海水到氢气的膜系统外，这项研究还提供了一个关于海水离子如何通过膜移动的更好的一般理解。这些知识可以帮助科学家为其他应用设计更强大的膜，例如生产氧气。"对于使用电解法生产氧气也有一些兴趣，"Marin说。"了解我们的双极膜系统中的离子流和转换对于这项工作也是至关重要的。在我们的实验中生产氢气的同时，我们还展示了如何使用双极膜来产生氧气。"接下来，该团队计划通过使用更丰富和更容易开采的材料来改进他们的电极和膜。该团队说，这种设计改进可以使电解系统更容易扩展到为能源密集型活动（如交通部门）产生氢气所需的规模。研究人员还希望将他们的电解池带到SLAC的斯坦福同步辐射光源（SSRL），在那里他们可以利用该设施的强烈X射线研究催化剂和膜的原子结构。"绿色氢气技术的前景是光明的，"SLAC和斯坦福大学教授兼SUNCAT主任ThomasJaramillo说。"我们正在获得的基本见解是为未来创新提供信息的关键，以提高该技术的性能、耐久性和可扩展性。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362511.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362511.htm

更环保、更便宜、充电更快 科学家带来制造锂离子电池电极的新方法

更环保、更便宜、充电更快科学家带来制造锂离子电池电极的新方法该团队在《焦耳》（Joule）杂志上公布了一种干式印刷制造技术，该技术避免了使用有害溶剂和传统电极生产方法中固有的大量干燥时间，这些方法都是利用泥浆。担任WPI机械和材料工程系WilliamB.Smith院长教授的Wang表示，这种创新工艺是可扩展的，有可能将电极生产费用降低15%。此外，通过这种方法生产的电极可以比用传统方法生产的电极以更快的速度充电。Wang说："目前的锂离子电池充电速度太慢，制造商通常使用易燃、有毒和昂贵的溶剂，增加了生产的时间和成本。我们的无溶剂制造工艺解决了这些缺点，生产的电极可以在20分钟内充电到78%的容量，所有这些都不需要溶剂、泥浆和漫长的生产时间。"商用锂离子电池电极通常是通过混合活性材料、导电添加剂、聚合物和有机溶剂来制造浆液，然后粘贴在金属基材上，在烘箱中干燥，并切成碎片用于电池。溶剂通过蒸馏被回收。相比之下，研究人员的工艺涉及将带电的干粉混合在一起，以便它们在喷到金属基底上时能够粘附。然后，干涂层的电极被加热，并用辊子压缩。研究人员报告说，跳过传统的干燥和溶剂回收过程后，电池制造的能源使用估计减少了47%。长期以来，Wang一直专注于改进锂离子电池并减少其产生的废物。他共同创立了AscendElements公司，该公司正在开发电池回收技术。王的电极制造工作得到了美国能源部与美国先进电池联盟有限责任公司和马萨诸塞州清洁能源中心的资助。该项目的合作者包括刘仰涛'22（博士）、研究生傅金钊、助理研究教授马晓图、PanawanVanaphuti'22（博士）和RuiWang'23（博士），他们都来自WPI；以及德克萨斯A&M大学、莱斯大学、Microvast公司、阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室的研究员。WPI已经为Wang的团队开发的制造技术提交了专利申请。此外，Wang和他的合作者之一，德克萨斯A&M大学的HengPan，共同创立了AM电池公司，这是一家由风险投资支持的公司，正在与Amperex科技有限公司（ATL）和其他公司合作，扩大无溶剂电极的生产规模。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360897.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360897.htm

氧疗法：一种前景广阔的治疗罕见儿童疾病交替性偏瘫的新方法

氧疗法：一种前景广阔的治疗罕见儿童疾病交替性偏瘫的新方法图为皮层神经元资料来源：美国国立卫生研究院国家促进转化科学中心目前，该病的管理重点是使用镇静剂，因为症状往往会在睡眠中消退。避免诱因，如压力或体力消耗，可能有助于减少偏瘫和肌张力障碍发作的频率。"我们不知道如何帮助这些病人。因此，我们仍然特别关注那些有时出乎意料的因素，这些因素可以缓解他们，"神经学家和异常运动专家EmmanuelFlamand-Roze解释说。"最近，一名25岁的男子告诉我们，在肌张力障碍发作时接受笑气后，他的症状在几分钟内就缓解了。我们试图找出原因，因为我们知道这种气体--一氧化二氮--通常与50%的氧气一起施用。由于不可能在日常治疗中给予一氧化二氮，我们想测试氧气是否是停止发作的原因。"研究人员随后在患者家中安装了一个氧气治疗装置。"我们观察到，在施用氧气后15分钟，肌张力障碍发作就停止了，"研究人员说。这是一个显著的好处，因为这个年轻人每天可能会有多达8次的发作，其中一些可能持续几个小时。他的生活质量得到了改善。氧气疗法是一种安全、高度可及的治疗方法，可以大大减少烈性镇静剂的使用，如咪达唑仑，该病人每月要服用40剂。"团队成员QuentinWelniarz提出了一个假说来解释氧气的效果。据他说，一种叫做皮质扩散抑制（CSD）的现象，相当于大脑中的电干扰波，在引发交替性偏瘫的症状中起着至关重要的作用。这一波包括一个快速的神经元过度活跃阶段和一个较慢的大脑皮层细胞电沉默阶段。它还与缺氧有关-即氧气供应减少。因此，在发作时快速给氧可以中断或减轻这种现象。为了确保氧气输送和缓解肌张力障碍发作之间的关联不是巧合，研究人员必须确保在可比较的条件下在其他病人身上发生同样的效果。同样，如何优化氧气疗法的使用，尤其是在家里，使其尽可能地减少限制性，这一点也有待于澄清。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352439.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352439.htm