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二氧化碳一步制氧  

2014-10-10 16:17:41|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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地球上的氧气在产氧生物出现之前就已经存在,它是直接利用高层大气中的二氧化碳一步生成。

  

氧气维持在地球大气的五分之一左右,保证了人类新陈代谢的正常运转,这得益于绿色植物光合作用产氧和地球上大部分生物耗氧之间的平衡。但地球早期的大气并非如此,大约24亿年前,当第一个能够进行光合作用的生物体出现时,地球大气还以二氧化碳为主,就像今天的火星和金星一样(二氧化碳分别占大气的百分比为 95.3%和96%)。

 


加州大学戴维斯分校的化学家展示如何利用紫外线,从二氧化碳中用一个步骤就制备出氧气

图片来源:Zhou Lu

 

在过去的四十年里,研究者认为在能够进行光合作用的生物体出现之前,地球早期大气必然已经存在了少量的氧气。鉴于氧气比较活泼,很容易与大气中其他成分发生化学反应,如果不能持续的产生,氧气并不会存在很久。所以,这些非生物的氧气必然存在一个源头,但到底为何却不得而知。

 

如今,通过与化学系和地球与行星科学系教授们的合作,加利福尼亚大学戴维斯分校的研究生Zhou Lu的实验表明:氧气可通过高能真空紫外线照射二氧化碳直接产生(成果已经于2014.10.03发表在Science期刊,Z. Lu, Y. C. Chang, Q.-Z. Yin, C.Y. Ng, W. M. Jackson. Evidence for direct molecular oxygen production in CO2photodissociation. Science, 2014; 346 (6205): 61 DOI: 10.1126/science.1257156)。

 

Zhou在邮件里提到,在这之前,人们普遍认为非生物产生的分子氧是通过CO2 +太阳能-- >CO+O,然后O+O+M-- >O2 +M(其中M第三种物质,能够获得形成氧氧键时的能量)。而他们的实验结果则表明,二氧化碳一步解离就可生成氧气,相同的过程也可以发生在其他以二氧化碳主导的大气中,比如说火星和金星的大气。

 

Zhou的这次实验是在加利福尼亚大学戴维斯分校研发的离子成像装置内,采用一个真空紫外激光器照射二氧化碳进行的。使用“真空”二字是因为该激光器所用的紫外线波长在200nm以下,只能在真空中传播。

 

现在,高层大气二氧化碳含量增加了,又有高能真空紫外线的存在,这种二氧化碳一步产氧方式就可以发生了。这是第一次在实验室中观察到这个反应,据一位 Science审稿人所称,行星大气演化的模型将必须因此而改变了。(来源:加利福尼亚大学戴维斯分校  翻译zhixuanqing  审校:黄安娜)

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