综述：超越化学催化：激光制备清洁能源

本综述系统介绍了激光液相起泡（LBL）这一新兴技术，通过激光诱导微纳气泡在极端热力学条件下实现无催化剂清洁能源生产（如H2制备、CO2还原），突破了传统催化反应的限制，为绿色能源开发提供了新范式。

　　

激光液相起泡技术：能源生产的新范式

引言

激光液相起泡（Laser Bubbling in Liquids, LBL）作为激光液相烧蚀（Laser Ablation in Liquids, LAL）技术的创新发展，近年来在清洁能源生产领域引发广泛关注。这种技术通过激光在常温常压下诱导液体中产生微米级和纳米级气泡，并利用气泡内部形成的极端热力学环境驱动一系列化学反应，为传统依赖化学催化的能源生产方式提供了革命性替代方案。

从LAL到LBL的技术演进

激光液相烧蚀（LAL）在过去十年中已成为合成纳米晶体和功能纳米结构的关键技术，尤其在生物医学、环境治理和能源生产领域展现出独特优势。基于LAL的技术积累，研究者近期开发出更为简单、清洁、高效的LBL技术，该技术通过激光在液体中产生气泡并控制其动力学过程，实现了无需催化剂的清洁能源生产。

LBL的独特反应机制

在LBL过程中，激光诱导产生的微纳气泡内部形成远离热力学平衡的高温高压环境，温度可达数千开尔文级别。这种极端条件为通常需要催化剂辅助的化学反应（如氢制备、二氧化碳还原、氨合成等）提供了自发进行的微环境。从动力学角度看，液体约束下的气泡快速淬灭过程（持续时间仅微秒级）实现了对反应路径的精确控制，显著减少了副产物的生成。

超越传统催化的技术优势

与传统催化化学反应相比，LBL技术具有三大核心优势：

1. 1.

   热力学方面：微纳气泡内部的高温环境消除了对贵金属催化剂的需求，降低了生产成本

2. 2.

   动力学方面：快速淬灭特性确保了反应产物的高选择性

3. 3.

   操作条件：整个过程在常温常压下进行，无需复杂反应容器或高压设备

清洁能源生产的具体应用

实验研究表明，LBL技术在多个能源生产领域展现出色性能：

• •

  氢制备：通过水分解产生高纯度氢气，效率超越传统电解水方法

• •

  二氧化碳还原：将CO₂转化为CO、甲烷等增值化学品，实现碳循环利用

• •

  氨合成：在温和条件下固定氮气，为绿色合成氨提供新途径

产业化应用前景

LBL技术的简单性、绿色性和高效性使其具备大规模工业化应用的潜力。特别是在分布式能源生产、现场制氢、二氧化碳资源化利用等领域，该技术可望突破传统化学催化的局限性，建立新的清洁能源生产范式。

未来发展方向

尽管LBL技术前景广阔，但仍需在以下方面深入研究：

1. 1.

   气泡动力学与反应机制的定量关系

2. 2.

   能量转换效率的优化提升

3. 3.

   反应器设计与规模化放大工程

4. 4.

   与其他可再生能源技术的集成应用

结论

激光液相起泡技术代表着清洁能源生产领域的重大范式转变，其通过独特的物理化学机制实现了超越传统化学催化的反应过程。随着对微纳气泡内极端条件下反应机理的深入理解和工艺技术的持续优化，LBL有望成为未来绿色能源生产体系中的重要组成部分，为碳中和目标的实现提供新的技术支撑。