磁性驱动微纳米催化机器人(μ-Catbots)实现即时能源捕获与便携式供氧的创新研究

研究人员开发出具有自推进功能的磁性微纳米催化机器人(μ-Catbots)，通过分解H2O2和HCOOH产生高纯度H2和O2，成功实现燃料电池即时供能和便携式氧浓缩装置原型构建。该研究创新性地将气泡动力学监测与Langmuir-Hinshelwood反应机理分析相结合，为微纳马达系统在能源与医疗领域的应用开辟新途径。

　　

这项突破性研究展示了自推进式磁性微纳米催化机器人(μ-Catbots)的革命性应用。这些直径500纳米的聚苯乙烯(PS)微球表面修饰着氧化铁纳米颗粒(FeONPs)和铁纳米颗粒(FeNPs)，犹如微型"清洁能源工厂"——既能磁控导航，又能高效催化分解过氧化氢(H₂O₂)产生氧气(O₂)，同时将甲酸(HCOOH)转化为氢气(H₂)。

气泡喷射驱动的自主运动不仅增强流体混合，更创造性地建立了基于图像分析(IM)的反应动力学监测方法。研究发现，这些"纳米小精灵"表面气泡生成行为完美符合Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模型，涉及燃料扩散、表面吸附、催化反应、产物脱附等关键步骤。通过精确磁控，μ-Catbots集群可实现气泡定向排放，既促进产物分离又能实时驱动微型燃料电池。

特别引人注目的是，该体系展现出作为便携式氧浓缩装置的巨大潜力。当大量μ-Catbots协同工作时，其催化产生的纯净氧气流可满足应急医疗需求。气相色谱(GC)验证实验证实，图像分析法获得的反应速率常数与传统检测手段高度吻合，为微纳尺度催化过程研究提供了新颖可靠的观测窗口。这项技术巧妙融合了纳米催化、磁控运动与能源转换三大领域，为下一代智能微纳系统在环境修复、精准医疗等领域的应用奠定了重要基础。