外部電場——清潔能源的堅實一步

材料牛注：如今，隨著環保問題的日益加劇，清潔能源越來越受到重視。傳統產能過程中，大多由于化石燃料的不完全燃燒，造成對壞境的嚴重污染。KAUST研究團隊通過不懈努力，首次實現了對燃燒過程中陽離子的測量，而這對于控制煙塵污染至關重要。

KAUST研究人員通過建立化石燃料燃燒模型，促進了甲烷的部分成分的表征，為環保發電奠定了基礎。

在產能過程中，化石燃料（如天然氣）的不完全燃燒將釋放對我們的健康和生態環境有害的空氣污染物，如煙塵、一氧化碳和氮氧化物。

通過施加外部電場控制燃燒過程已被證實能用于減少上述污染物的形成，但作用機理仍有待進一步探索。這引起了Aamir Farooq與其同事的研究熱情，他們在KAUST清潔燃燒研究中心探索甲烷（天然氣的主要成分）燃燒過程中形成的化合物種類，這有望有利于設計更加高效的燃氣輪機和環保發電廠。

Farooq解釋道：“控制帶電粒子允許低成分含量與高成分含量的空氣燃料混合，將有利于燃料在更低的溫度下燃燒，以實現燃料更完全、更有效的燃燒，進而減少污染物的形成。”

當電子在燃燒期間從原子中被剝離時，原子形成帶正電的粒子，稱為陽離子。燃燒期間形成的陽離子數量通常與中性分子相差很多數量級，這就使得觀察陽離子的形成及特性成為巨大的技術挑戰。

為了克服這個難題，研究人員使用McKenna燃燒器來產生穩定的低壓甲烷-氧-氬火焰。他們使用特制的分子束質譜儀來測量在火焰中形成的離子，便于陽離子與大量的中性（不帶電）化合物區分開。

“我們能夠測量大范圍的離子，這使我們能夠了解它們的形成、衰變和促進其他離子形成的過程，”Farooq解釋說。“試驗中令人驚訝的是我們觀察到除了水合氫離子之外，也有其他相對來講濃度較大的離子。”

水合氫離子的存在表征了火焰的酸性，即火焰酸性越大，越有利于形成煙灰顆粒，因此測量其相對濃度對于減少煙塵污染來說至關重要。在發現目前離子模型的重大缺陷后，研究團隊的工作將致力于模擬離子形成和特性。這項研究考慮從天然氣中的較重化合物，如乙烷和丙烷，產生的離子出發進行研究。

Farooq說：“我們是首次嘗試測量低壓甲烷燃燒中形成的陽離子的研究組，這代表著我們向利用外部電場生產更清潔能源邁出了堅實的一步。”

原文鏈接：The Promise of Greener Power Generation

本文由編輯部丁菲菲供稿，馬秋晨翻譯，時冰遙審核，點我加入材料人編輯部

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