从量子色动化学到智能电解水制氢催化

⊙作者：海涛川

　　氢能是一种能量高、洁净的可再生能源，而电化学水解制备氢气研究是一个的热点。中国科技大学俞书宏教授团队和高敏锐教授团队合作，研制出镍掺杂的磷化钴三元纳米片电催化剂，发展出廉价的三元过渡金属磷化物作为电极，用于中性水电解制氢。这项电解“水制氢”催化剂原理，能否结合量子色动化学-量子色动力学等解读呢？镍、磷、钴元素的质子数和可变的中子数，也可同化学物质氧、碳、钾、钠、鈈、铀、氢、锂、铍等的质子数和可变的中子数来理解。
　　例如，把类似根据原子序数从小至大排序的门捷列夫化学元素周期表中，元素原子核里的质子看作“编码质点”，中子看作“非编码质点”。这类似一种初级的量子色动语言学的动力学编码，以实现对各种化学物质及其组成的分子、原子、原子核的反应信息集成，做成类似大数据、云计算分类。因为量子色动化学能根据量子卡西米尔平板吸引效应原理，再利用量子色动几何学，对由“编码质点”和“非编码质点”引起的量子色动化学振荡反应，可进行大数据、云计算中的选择小数据处理。这能具体可用碳基和氧基的“编码质点”，来说明由量子色动化学振荡反应，影响显物质分子里的原子数不变产生的反应：第一类是“编码质点”非核衰变化学反应的多级放热放能的元素离子分解的氧、碳、钾、钠等现象。第二类是“非编码质点”数分解裂变和组合聚变的鈈、铀、氘、锂、铍等同位素，少核衰变的多级放热放能核反应的现象。
　　这第二类量子色动化学振荡反应，产生的爆炸又分两种情况。
　　第一种，是重在聚变成分非常大而裂变小的扳机型：类似“鈈+钾钠氮碳+氘化锂或氘氚化锂，或者氘化铍或氘化铝锂，或者重水D2O重氢（氘）或超重氢（氚）”，影响鈈基量子卡西米尔效应的暗能量波动，加快发生瞬间产生高温高压量子色动化学振荡的氘锂铍等混合物，放出大量中子的多级循环聚变反应。第二种，是重在裂变成分非常大而聚变小的扳机型：类似“铀-238 U、 235 U或鈈+钾钠氮碳+重水D2O重氢（氘）”，影响铀基量子卡西米尔效应的暗能量波动，发生瞬间量子色动化学振荡的多级循环，加快重水聚变放出大量中子及铀等混合物发生产生高温高压的裂变反应。
　　镍掺杂的磷化钴三元纳米片电催化剂，属于第一类非核衰变的量子色动化学振荡反应。这里质子或者中子内部的虚胶子和夸克的数目，可以发生幅度相当大的变化振荡，联系真空量子起伏和真空中两块平行金属板之间存在某种吸引力，这种吸引力被称为卡西米尔力；这样可以把原子核里的质子，按卡西米尔平板效应的系列化，可编排成类似于门捷列夫元素周期表的量子色动几何学配队组装，用此解密碳和氧离子的量子信息原理。而且这是能够以一种通过同位素质谱仪以及严格的色谱-质谱联用的检测结果的方式，可测量到这类弱力能源反应的起伏的。所以量子色动化学就是把氧核类比于卡西米尔平板，氧核的8个质子构成的立方体，类似形成3对卡西米尔平板效应。
　　众所周知，从普通的化学反应到核化学反应，都是以元素周期表中元素原子的原子核所含的质子数，可分和不可分的变化来决定的，但都不讲大尺度结构部分子无标度性实在的量子色动化学。如果“编码质点”和“非编码质点”是把质子和中子等粒子，都看成是“平等的人”，但在结构的代表性上，类似社会结构中领导和其他成员，编码是不同的一样；“编码质点”是把卡西米尔力引进到原子核。
　　如果质子数不是一个简单的强力系统，而是有很多起伏，也就能把“氧核”和“碳核”包含的相当于卡西米尔力平板的“量子色动几何”科学“细节”设计出来。因为氧核的8个质子构成的立方体，形成3对卡西米尔平板效应，这种“量子色动几何”效应是元素周期表中，其他任何元素原子的原子核所含的质子数的“自然数”不能比拟的。道理是：形成一个最简单的平面需要3个点或4个点，即3个点构成一个三角形平面，4个点构成一个正方形平面。卡西米尔效应需要两片平行的平板，三角形平板就需要的6个点类似碳基；正方形平板就需要的8个点类似氧基。
　　如果把这些“点”看成是“质子数”，6个质子虽然比8个质子用得少，但比较量子卡西米尔力效应，8个质子点的立方体是上下、左右、前后，可平行形成3对卡西米尔平板效应，即它是不论方位的。而6个质子点的三角形连接的五面立体，只有一对平板是平行的。把这种量子色动化学能源器参加到原子核里的量子波动起伏“游戏”，会加强质子结构的量子卡西米尔力效应。
　　由此这种几何结构，就有量子色动化学的内源性和外源性之分。但这仅从质子层次来谈的“编码质点”和“非编码质点”，还没有从夸克层次来谈“编码质点”和“非编码质点”，所以还不能完全说明第二类的放射性核素，能自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线，如α、β、γ射线等，也在参加“编码质点”数组装的外源性；以及包括“非编码质点”的中子数，也能影响外源性核辐射的变化。
　　由此先来比较看第一类量子色动化学振荡激发作用的碳、氧、钠、钾等元素：钠原子是11个质子，8个质子点的立方体建构后，剩下3个质子正好建构一个多余的平面。这个平面可以看出类似风筝，像无人驾驶飞机吊着一个8质子点立方体的氧基，到处漂浮作卡西米尔效应色动化学能源器，起分子无核衰变的影响原子数不变的分化组合发力。这就是为什么钠比氧有更显着的燃烧效应，因为单个氧基的8个质子点立方体，相比钠原子是静止不会移动的东西。
　　同理看钾，其原子内是19个质子，两个8质子点建构立方体为超立方体，其卡西米尔效应比钠大。而钾的超立方体用去16个质子后也剩下3个质子，正好建构一个多余的平面，也可以看出类似风筝，像无人驾驶飞机吊着一个16质子点超立方体的氧基，到处漂浮起卡西米尔效应作分子无核衰变的影响原子数不变的分化组合发力，由此钾比钠有更显着的燃烧、爆炸效应。
　　同理来看与氧不移动相似的碳元素，由于碳原子内是6个质子，建构的五面立方体比氧基8个质子建构的立方体平行平面少两对，其卡西米尔力效应小，但也是所有简洁、力强中仅次于氧的元素。正是这种结构使氧和碳超乎所有其他元素之上。再说比碳原子多3个质子的氟元素，氟9个质子8个可以建构像氧的立方体，6个可以建构像碳的五面立方体。类似碳多出的3个质子也可以建构一个平面，如风筝像无人驾驶飞机吊着一个碳基卡西米尔效应，到处漂浮起作分子无核衰变的影响原子数不变的分化组合发力。因此氟虽是一种非金属化学元素，但氟气的腐蚀性很强，有剧毒，化学性质极为活泼，是氧化性最强的物质之一，甚至可以和部分惰性气体在一定条件下反应。当然氟的卡西米尔效应平板结构不定，与钾和钠也就有很大区别。这里要说明，原子和原子核内的3个质子建构的平面漂浮效应，不是要漂浮出原子和原子核的边界外，它们也受量子色动力学的夸克和胶子禁闭法则的管控。

　　由此延至第二类“鈈、铀、氘、锂”等两种裂变或聚变同位素放能的量子色动化学振荡反应，同理，从“编码质点”数为3的锂，3个质子可以建构一个三角形平面，如风筝像无人驾驶飞机吊着一个卡西米尔效应立方体，到处漂浮起作分子无核衰变的影响原子数不变的分化组合发力。到“编码质点”数为4的铍，4个质子也可以建构一个像风筝到处漂浮的正方形平面。再“编码质点”数为7的氮，原子序数“7”可以分解一个“3”和一个“4”，而可以建构一个三角形和一个正方形像风筝到处漂浮的平面，起作分子无核衰变的影响原子数不变的分化组合发力。所以在量子色动几何上，锂、铍、氮等对爆炸一类现象也具有特定含义的元素。其次是，不同于编码质点16的硫这种超立方体结构，还有新型的。
　　这就是原子序数为88的镭。因为按它的质子数编的码，88即为“编码质点”数，而不管它所包含的中子数的“非编码质点”。镭含有11个氧立方体，这类似一个“超钠”的新型结构，具有很常见的强放射性。由此看原子序数为92的铀，含11个氧立方体，具有强放射性。铀剩下的4个“编码质点”，正好构成一个正方形平面“风筝”。原子序数为94的鈈，含11个氧立方体，具有强放射性。鈈剩下的6个“编码质点”，正好构成一个碳基正五面立体。正是鈈的这个正五面立体加大了量子卡西米尔力效应，就比铀的那个正方形平面“风筝”，能使鈈比铀的核反应强。问题是：原子序数大于83的铋以上的元素，都存在天然放射性。
　　有人说根据普朗克公式， 原子的核外电子发生能级跃迁会放射出一定波长的电磁波，由此原子序数越大， 原子核对电子的束缚越弱，核外电子可扰动性就越大，自发产生天然放射就主要是，电磁波扰动产生的受激放射现象。但这不完整。量子色动化学振荡反应说明贝克勒尔发现天然放射现象，揭开原子序数在83或以上都具特有的放射性现象，能放出α、β、γ射线。但某些原子序数小于83的元素，如原子序数43的锝也具有放射性。
　　对所有的天然放射性衰变系核素，最后都会衰变到原子序数为82的铅的稳定同位素，于是原子序数到84钋之后的元素，为什么就没有稳定同位素呢？而且钾的编码质点数为19，也具有常见的天然放射性。甚至编码质点数为1的氢，为6的碳，为15的磷，也有天然放射性和人工放射性之分。这都说明，一是与元素原子核里所含的中子数，大于稳定同位素“编码质点”所“领导”的中子数，就会产生天然放射性和人工放射性的不稳定同位素。二是与元素原子核里，夸克层次的“编码质点”结构组装还有关。
　　量子色动化学联系质子和中子是由3个夸克组成，而介子是由2个夸克组成。其实6是3的倍数，两个3可以构成一个5面体，有1对卡西米尔效应平板。4是2的倍数，8是4的倍数，两个4可以构成一个正立方体，有3对卡西米尔效应平板。这仅是部分子的主体，在它们的量子真空周围还有很多的“0”量子起伏，构成夸克海、海夸克、和胶子海、海胶子。由此同上面一样，对外源性的影响也太多。
　　量子色动化学是量子色动力学（QCD）和粒子物理标准模型的一个组成部分。QCD是一个描述夸克之间强相互作用的标准动力学理论，它能够说明轻子对强子深度非弹性散射的异常现象、喷注现象以及夸克的色禁闭问题。在量子色动力学中，夸克由于带色荷而产生强相互作用，夸克之间交换胶子。但QCD至今仍然是一个没有被完全解决的问题，如果把弱力能源分为两部分：
　　一是众所周知的原子核衰变型的融合与分裂，都能释放出能量的核聚变能与核裂变能。另外是原子核子内的夸克海、海夸克、胶子海、海胶子云等，引起的外源性量子卡西米尔效应。量子色动化学是原子内的质子和中子不发生融合与分裂的核反应，而使原子组成的分子结构发生的非核衰变型或少核衰变型的化学分解与组合。这种“脑洞大开”来自上世纪40年代，荷兰科学家奥弗比克和卡西米尔给予的实验，证明和解释了类似真空量子起伏产生的吸引或排斥作用，启发解密原子核不是一个简单的强力系统，而是有很多起伏。
　　在原子核内部空间中，也许偶尔能够检测到类似“风筝借气流上天”效应的“弱力能源”的起伏，60多年来发展成为“量子色动化学元素周期表”，被智能化量子色动化学升级到电解“水制氢”催化剂引作基础。俞书宏教授团队和高敏锐教授团队研制出的含镍、磷、钴元素的三元纳米片电催化剂材料，已展现出工业级的优异电解水制氢潜能。这对比全水解电极催化剂制备的国际方面进展，含镍、磷、钴元素材料令人瞩目的挑战，是对在中性水电解质中，能同时展现高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂的寻找，取得的进展。
　　俞书宏教授和高敏锐教授等发现的镍、磷、钴元素纳米片材料，在中性条件下，同时展现出优异的水还原和氧化电催化活性和稳定性。他们将这种三元材料，作为中性水全分解电解池的阴极和阳极，发现其性能优于以商业贵金属材料作为电极制备的电解池，展现出工业级电解水制氢的潜能；为发展廉价三元过渡金属磷化物作为电极，用于中性水电解制氢提供的新思路，也展现出潜在的商业应用前景。