我们都知道水的成分。你取两个氢原子和一个氧原子，将它们混合在一起就这样， 和瞧– 你拥有对地球生命最重要的化合物分子。
现在，科学家第一次近距离观察到这一过程。西北大学的材料科学家 Vinayak Dravid 和他的同事在分子尺度上实时观察到有史以来最微小的水泡似乎凭空绽放。
他们是怎么做到的？通过利用钯的奇怪力量，钯是一种已知可以催化这两种元素的金属合成水。
“想想马特·达蒙在电影中扮演的角色马克·沃特尼火星人,”德拉维德 说。 “他燃烧火箭燃料来提取氢气，然后从他的充氧器中添加氧气。我们的过程是类似的，只是我们绕过了对火和其他极端条件的需要。我们只是将钯和气体混合在一起。”
我们已经知道钯具有在相对较短的时间内合成大量水的奇怪能力。但它到底是如何运作的却很难确定。这是因为很难在其发生的规模上观察到该过程。
“你确实需要能够将水生成的直接可视化和原子尺度的结构分析结合起来，以便弄清楚发生了什么，”材料科学家 Yukun Liu 解释道西北大学。
为了克服这一重大障碍，该团队开发了一种膜，可以将分子捕获在微小的六角形纳米反应器细胞内。这使得使用透射电子显微镜更容易对分子过程进行成像，低至纳米尺度。
即便如此，研究人员不确定他们直接观察钯反应的尝试是否会成功。他们将氢原子和氧原子添加到 20 纳米宽的钯片表面，并利用膜捕获随后发生的相互作用。
单个水分子的直径不到三分之一纳米，而它们组成的原子则小得多。为了“看到”这些微小化合物的键合，研究人员使用电子显微镜的一种形式记录了电子散射所损失的能量。
令他们惊讶的是，他们能够实时观察到原子在钯表面结合形成微小的水泡。
“我们认为这可能是迄今为止直接观察到的最小的泡沫，”刘说。 “这不是我们所期待的。幸运的是，我们正在录制它，这样我们就可以向其他人证明我们没有疯。”
接下来，他们尝试简化该过程，分别添加氢气和氧气。他们能够确定该过程分两步进行。首先，氢原子挤入钯的表面，将自身插入到原子晶格中并使金属表面膨胀，导致其膨胀。
然后，当添加氧气时，氢气从其钯隐藏孔中逸出并与氧气合并形成水滴。与此同时，钯金又恢复到原来不浮肿的状态。
“钯金可能看起来很贵，但它是可回收的，”刘说。 “我们的工艺不消耗它。唯一消耗的是气体，而氢气是宇宙中最丰富的气体。反应后，我们可以一遍又一遍地重复使用钯平台。”
这是一个非常简单的过程，而且可以扩展。您所需要的只是一块更大的钯。如果有稳定的循环氧气和氢气供应，水分子可以在月球栖息地上从头开始构建，基地、空间站，或者可能是前往星星的长途太空飞行。
一块足够大的钯可以补充地球上水资源稀缺的水供应在菜单上。我们认为钯汁可能是一个受欢迎的变化。
该研究已发表在美国国家科学院院刊。
