微泡可以在温和条件下激活甲烷中的C-H键，生成乙烷和甲酸。这是由美国斯坦福大学的Richard Zare领导的一项新研究得出的结论。
近年来，Zare的团队致力于展示水微滴如何显著加速化学反应并引发化学转化，而这在散装水中是不会发生的。现在，研究小组将注意力转向了微气泡。
扎雷解释说：“我认为水中的气体微泡是由内而外的水滴。”“在正常的微滴中，水和溶解在水中的物质在内部，气体在外部。在由内而外的微滴，也就是微泡中，气体在里面，水和溶解在水里的东西在外面。”
在这项新的研究中，他们表明水微泡可以自发地氧化甲烷。他们的实验装置包括一个循环水泵、一个密封反应容器和一个微泡发生器。反应气体——在这种情况下是甲烷——在反应开始前被注入反应容器30分钟，以取代容器中的原始气体。去离子水以高速流过微泡发生器，降低了系统的内部压力。因此，反应容器中的气体进入微泡发生器，然后以微泡的形式释放到水中。
该团队进行了初步实验，以测试他们的微泡系统的氧化能力。他们用探针10-乙酰-3,7-二羟基苯恶嗪加入去离子水，这种探针很容易氧化成高荧光化合物间苯二酚。荧光显微镜图像显示形成的气泡直径小于50μm，并证实这些微气泡具有氧化能力。然后，他们使用了包括电子自旋共振、高分辨率质谱和气相色谱在内的分析技术来证明微泡系统的整体稳定性和效率。进一步的实验表明，该微泡系统在连续8小时内保持稳定，甲烷活化率高达6.7% /小时。
Zare说，微气泡的化学性质与微水滴相似：“它们的共同主题是空气-水界面是作用所在。由于部分溶剂化效应和空气-水界面处的电场，人们认为水合氢离子和氢氧根离子会发生电子转移。这会产生氢自由基和羟基自由基，它们依次激活甲烷形成甲基自由基。自由基在空气-水界面结合生成乙烷和甲酸。“一旦有了自由基，就有了化学的交响乐，”Zare惊呼道。
甲烷-微泡系统中的化学反应似乎涉及多个步骤
“这些发现加深了我们对气液界面物理化学的理解，”美国加州理工学院的物理化学家AJ Colussi评论道。他发现有趣的是，氢氧根和水合氢离子也会在上升的气泡表面交换电子，而不是像在散装水中那样重新结合。“由于在水柱底部注入气泡需要能量，因此这项工作缺少的是对这些氧化甲烷实验相对于传统方法的能源效率的评估。”评估对于可扩展性提案的现实性至关重要，”Colussi补充道。
“使气体在水中起泡比向气体中喷水消耗的能量要少得多。Zare总结道：“这给了人们希望，这些过程可能会经济地扩大到工业水平，而不仅仅是实验室的好奇心。”
