固/液界面纳米气泡形成及稳定性研究进展

王宗旭，李紫欣，白璐，董海峰，3，张香平，3

（1 中国科学院过程工程研究所，北京100190； 2 中国科学院大学中丹学院，北京100049； 3 先进能源科学与技术广东省实验室，广东惠州516003）

引 言

随着表征手段、计算方法和新理论的发展，涉及物理学、化学、生命科学和工程学的纳米气泡(nanobubbles, NBs)研究成为一个前沿和交叉的热点[1]。最初纳米气泡的提出源于两个浸入水中的疏水表面之间存在很强的长程吸引作用，这种相互作用不能用DLVO理论(溶胶稳定理论)来解释，因此提出固/液界面中存在纳米气泡解释这种现象[2]。近年来随着原子力显微镜[3]和光学显微镜[4]等仪器的开发，证实了纳米气泡存在的实验依据，并促进了纳米气泡成像观察和形成过程的研究，加深了研究者对纳米气泡的理解。纳米气泡按其形貌分为三种类型[5]：界面气泡(SNBs)[6]、体相气泡(BNBs)[7]、薄饼气泡[8]。界面气泡指固体表面上形成充满气体的球盖形囊泡，界面纳米气泡的高度通常介于10～100 nm，接触线(三相线)的半径一般在50～500 nm之间；体相气泡为直径小于1000 nm 的充气球形气泡；薄饼气泡是指固/液界面上的准二维气体团簇，它们只存在于多孔介质体系中，而界面气泡和体相气泡可以存在于各种体系中[9]。界面气泡相对于体相气泡成核能量更低，在各领域中占比更大，且在化工体系中的存在最为广泛。

界面纳米气泡存在于许多工业过程，代表性的如下：在电催化过程中，产生的纳米气泡会吸附在电极表面阻碍界面离子扩散、对流和迁移过程，降低电催化效率[10]；……