科学家首次观察到水分子实时分裂以形成氢和氧气。
就在它们分裂之前，分子做了一些完全出乎意料的事情：它们翻转了180度。
这种微型杂技特技表演需要能量，这为为什么分裂水比理论计算更多的能量提供了重要的解释。
研究人员说，进一步研究这一点可以为使水分子更有效地拆分水分子的过程提供关键的见解 - 为未来火星任务的更便宜的清洁氢燃料和透气氧气打开了途径。他们于3月5日在《杂志》上发表了他们的发现科学进步。
制造氢燃料
氢具有许多关键特性，使其成为绿色能源的诱人来源。能源丰富的燃料能够为卡车甚至货船供电，它是钢铁和肥料制造等行业中化石燃料的唯一替代品。燃烧时，燃料会释放水而不是二氧化碳。
然而，氢产量的陡峭能源需求严重限制了产生燃料的规模。根据国际能源管理局的说法3.22亿吨（3.54亿吨）氢燃料每年都需要生产以满足全球能源需求。但是在2023年，只有9700万吨（1.07亿吨）以货币成本制造1.5至六倍比化石燃料的产量相比，绝大多数也是使用化石燃料制成的。
有关的：
氢燃料是通过将水加到电极中，然后用施加电压将水分成氢和氧气而制成的。
当将化学元件虹膜用作将氧气从水分子中裂解的氧气进化反应的催化剂时，此过程是最有效的。但是，虹膜仅来自陨石的影响才能到达我们的星球，从而使其昂贵和稀缺。
但是，即使使用虹膜，该过程的效率也不如科学家认为的效率。
“它最终占用比理论上计算的要多的能量。如果您进行数学，则需要1.23伏。但实际上，它需要更像1.5或1.6伏特，”研究负责人作者弗朗兹·盖格（Franz Geiger），西北大学化学教授，在一份声明中说。 “提供额外的电压要花钱，这就是为什么尚未大规模实施水分的原因。”
为了更好地理解此过程的能量需求以及为什么它比理论提出的效率较低，研究人员将水放在容器内部的电极上，并使用激光光的振幅和相位照射到它们的振幅和相位。
当科学家在电极上施加电压时，他们观察到该分子迅速翻转并旋转，因此他们的两个氢原子接触到朝向的电极，氧原子朝向下。
Geiger说：“电极充电，因此水分子希望将其带正电荷的氢原子放在电极表面。” “在该位置，电子从水的氧原子转移到电极的活性位点被阻塞。当电场变得足够强时，它会导致分子翻转，因此氧原子朝向电极的表面。然后，氢原子不在方向上，电子可以从水的氧气转移到电极。”
通过测量旋转分子的数量以及它们所需的能量，研究人员发现这种翻转可能是分裂过程中必要且不可避免的部分。更重要的是，研究人员发现较高的pH值使这一过程更加有效。
研究人员说，进一步研究这一过程可以帮助科学家设计更有效的催化剂以在过程中使用，并更好地了解所涉及的化学过程，同时还为水的行为方式提供了新的见解。
盖格说：“我们的工作强调了我们对界面上的水的了解很少。” “水很棘手，我们的新技术可以帮助我们更好地理解它。”
“设计新催化剂这使水更容易，我们可以使水分裂更加实用和成本效益。”他补充说。
