外部电场——清洁能源的坚实一步

材料牛注：如今，随着环保问题的日益加剧，清洁能源越来越受到重视。传统产能过程中，大多由于化石燃料的不完全燃烧，造成对坏境的严重污染。KAUST研究团队通过不懈努力，首次实现了对燃烧过程中阳离子的测量，而这对于控制烟尘污染至关重要。

KAUST研究人员通过建立化石燃料燃烧模型，促进了甲烷的部分成分的表征，为环保发电奠定了基础。

在产能过程中，化石燃料（如天然气）的不完全燃烧将释放对我们的健康和生态环境有害的空气污染物，如烟尘、一氧化碳和氮氧化物。

通过施加外部电场控制燃烧过程已被证实能用于减少上述污染物的形成，但作用机理仍有待进一步探索。这引起了Aamir Farooq与其同事的研究热情，他们在KAUST清洁燃烧研究中心探索甲烷（天然气的主要成分）燃烧过程中形成的化合物种类，这有望有利于设计更加高效的燃气轮机和环保发电厂。

Farooq解释道：“控制带电粒子允许低成分含量与高成分含量的空气燃料混合，将有利于燃料在更低的温度下燃烧，以实现燃料更完全、更有效的燃烧，进而减少污染物的形成。”

当电子在燃烧期间从原子中被剥离时，原子形成带正电的粒子，称为阳离子。燃烧期间形成的阳离子数量通常与中性分子相差很多数量级，这就使得观察阳离子的形成及特性成为巨大的技术挑战。

为了克服这个难题，研究人员使用McKenna燃烧器来产生稳定的低压甲烷-氧-氩火焰。他们使用特制的分子束质谱仪来测量在火焰中形成的离子，便于阳离子与大量的中性（不带电）化合物区分开。

“我们能够测量大范围的离子，这使我们能够了解它们的形成、衰变和促进其他离子形成的过程，”Farooq解释说。“试验中令人惊讶的是我们观察到除了水合氢离子之外，也有其他相对来讲浓度较大的离子。”

水合氢离子的存在表征了火焰的酸性，即火焰酸性越大，越有利于形成烟灰颗粒，因此测量其相对浓度对于减少烟尘污染来说至关重要。在发现目前离子模型的重大缺陷后，研究团队的工作将致力于模拟离子形成和特性。这项研究考虑从天然气中的较重化合物，如乙烷和丙烷，产生的离子出发进行研究。

Farooq说：“我们是首次尝试测量低压甲烷燃烧中形成的阳离子的研究组，这代表着我们向利用外部电场生产更清洁能源迈出了坚实的一步。”

原文链接：The Promise of Greener Power Generation

本文由编辑部丁菲菲供稿，马秋晨翻译，时冰遥审核，点我加入材料人编辑部

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