在自然界清新空气，经过数百万年的进化才有了今天的人类，世界卫生组织规定清新空气的负氧离子数为1000-1500个/cm³。因此，人类健康生存需要一定浓度的负氧离子，在空气污染日益严重的现在负氧离子尤为重要。

空气负离子中，只有小粒径的部分(负氧离子)能够通过肺部呼吸对人体产生作用,空气负离子对有机体的生命、生活起着重要的作用,人们常常将负氧离子喻为“空气维他命”和“长寿素”。

在自然界中，空气负离子不断的产生、消失，维持着动态平衡。但是，现代城市环境中，空气污染以及电器与现代运输工具产生的大量正离子，把空气中的负氧离子消失殆尽。科技一方面给人类生活带来巨大的方便，同时也在很多地方威胁人类生存健康，我们要逐渐解决这些不利的因素。

1、基本概念

（1） 负氧离子

具有一定能量的电子与氧分子结合形成带负电的离子，称为负氧离子(O₂^-)，过程用化学式1-1表达如下。目前能安全形成负氧离子的方法只有纳米二氧化钛光催化，为了与其它伪劣过程区别，我们可以给它一个专门的名称“光生负氧离子”，也就是说，如果人为产生负氧离子，只有“光生负氧离子”是安全真实的。

e^- + O₂ = O₂^-    _式1-1

（2） 氧离子

氧离子是氧原子在与其它化学元素形成氧化物时形成的，由于氧元素的电负性较高，当它与其它金属或非金属形成化合物或者基团时，会得到二个电子，形成氧离子，用符号[O^2-]表示，它不能像负氧离子那样自由存在，只能与其它元素同时存在于物质中，如：氧化铁（Fe₂O₃），二氧化碳(CO₂)。

 （3） 负电性微观粒子（负电粒子）

带负电的粒子都称为负电性粒子，包括：电子本身、物质阴离子或阴离子基团（如：Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-等）、结合电子的分子（如：负氧离子）、吸附电子的分子（如吸附电子的水分子）、某些放射性粒子。这些带负电性的粒子在负离子检测仪上均会有数据，但是所有这一些负电性粒子中只有负氧离子对人体有益。因此，负离子仪上有数据，不一定就代表是负氧离子，这一点大家务必要注意。放射性物质、电子尖端放电与挥发性负电性分子都会在负离子仪上产生数据，目前，人为产生负氧离子的唯一安全技术只有纳米光催化，称为“光生负氧离子”。

 （4） 空气负离子

空气在特定条件下会产生一定能量的自由电子，它们与空气分子结合生成带负电性的离子，称为空气负离子。空气组成是氮气78%、氧气21%、惰性气体0.94%、二氧化碳0.03%、水蒸汽与其它气体0.03%。容易与自由电子结合的分子是氧与二氧化碳，后者含量很少，因此，人们在说到空气负离子时也就是指空气中的负氧离子（当然不严谨）。当有水蒸气时，一部分负氧离子也可能以水合形式存在。

在洁净大气中，空气负离子长时间存在，在污染较严重的空气中，它的寿命非常短。

2、负氧离子对人体健康的重要性

空气中的负氧离子对有机体的生命、生活起着重要的作用。负氧离子是一种迁移率大于0.4cm²/（V×s）的小负离子，能进入生物体内，并具有良好的生物活性。

当人们将负氧离子空气吸入人体呼吸道后，使支气管平滑肌松弛，解除其痉挛；负氧离子进入肺泡时，通过血液循环将电荷输送到全身组织细胞。它能改善心肌功能，增强心肌营养和细胞代谢，减轻疲劳，使人精力充沛，提高免疫能力，抗氧化，抗衰老，清除自由基，降低血液粘度。负氧离子还可激活β-内啡肽，稳定自主神经，控制交感神经，预防神经衰弱，改善睡眠。

负氧离子具有较高的活性，有很强的氧化还原作用，抗菌杀菌，增强免疫系统功能；能够避免过敏性反应及“花粉症”的发生；对诸多疾病具有显著的辅助治疗作用。空气负离子也有助于净化空气、降低PM2.5浓度。并且，到目前为止，所有相关研究中没有发现任何副作用。

负氧离子被医学界称为 “长寿素”和“空气维生素”。

3、自然界负氧离子的主要来源

自然界的宇宙射线、紫外线、雷电、风暴、土壤和空气放射线的影响，有些空气分子就释放出电子，在通常的大气压下，被释放出的电子很快又和空气中的中性分子结合，而成为负离子。能俘获这种一定能量的中性分子主要是氧分子，因而，常常把空气负离子又称为“负氧离子”。

水通过所谓的Lenard效应可以产生负氧离子。在溪涧的跌失、瀑布的冲击下，水滴破碎，这个过程中，水分子破解失去电子，它周围空气中的氧分子捕获到这些电子成为负氧离子。这种效应叫做喷筒电效应或瀑布效应。水的流速越大，喷筒电效应越强，负氧离子也就越多。

另外，一些植物的茎、皮、叶等器官或组织分化成针状结构，这种曲率较小的针状结构，会发生“尖端放电”作用诱导产生负氧离子。而一些树木和花草所分泌出的萜烯类和芳香类物质能促使空气电离产生负氧离子。

注意：上述所有过程都是微弱的。

4、负氧离子浓度与空气质量关系

根据世界卫生组织的规定，新鲜空气中阴离子的标准浓度不得低于1000-1500 个/cm³。在国家林业局发布的《推进生态文明建设规划（2013-2020）》中，空气中负氧离子含量被认为是生态文明建设的重要指标之一。表1是负氧离子浓度与空气质量的对应关系。

   空气中负离子的多少，受地理条件特殊性影响而含量不同。公园、郊区田野、海滨、湖泊、瀑布附近和森林中含量较多。因此，当人们进入上述场地的时候，头脑清新，呼吸舒畅和爽快。

5、人工产生负氧离子方法

（1） 电晕高压放电

每立方米空气中约有几十个天然电子，当在系统两极施加三万五千伏（35 kV）左右的直流电压时，天然电子被电场力加速，当其动能的积累值大于或等于所碰撞的气体分子的电离电位时，诱发分子电离而产生出正离子和电子，该电子与原有的自由电子又被电场力加速，在负电晕线附近空间将出现链式电子增殖反应，形成“电子雪崩”。在电晕区界面的附近空间中电场强度及其梯度迅速下降，正离子被加速引向负极，释放电荷。气体分子俘获自由电子形成负离子。

系统空间中产生负离子浓度不仅与自由电子的浓度有关，还与气体分子的负电性有关。如果自由电子与气体分子碰撞生成负离子分子的概率为零，这种气体分子称为非负电性分子，如惰性气体分子与氢气分子；产生负离子分子的概率不为零，则这种气体分子称为负电性分子，负电性愈强则产生负离子分子的概率愈大。若干种气体分子按负电性由强到弱排列：SO₂ > C_l2 > O₂ > H₂O > C₂HC_l > N₂O > C₂H₂ > CO > CO₂。 从这个排序中可以看出，洁净的空气中产生的空气负离子大部分是负氧离子。

利于电晕产生负氧离子的设备在上世纪初就有研究，但是该方法在产生负氧离子时，也会伴生大量对人体有毒的臭氧，这一问题至今并未得到解决。

（2） 光催化（光触媒）

纳米二氧化钛是一种具有光催化活性的半导体氧化物，表面除了低能量的基态电子层，还有高能级电子层，当纳米二氧化钛膜受到光照射时，表面电子接收光子的能量，从低能级跃迁到高能级，成为带有较能量的自由电子，与空气中的氧分子结合形成负氧离子。这一过程如图1所示。

图1 纳米二氧化钛光照下产生负氧离子机理

6、负氧离子的检测方法

空气负离子浓度是由负离子检测仪来完成。负离子检测仪主要由离子收集器和电流检测两个部分组成。检测仪的基本原理是：让空气在吸气机的作用下,均匀通过离子收集器，同时对离子收集器的极化板施加一定的电压，在收集器内形成电势差，从而形成电场，使得空气负离子在电场力的作用下向收集板偏转，离子撞击到收集板后产生放电，形成电流，再通过电流检测电路检测该电流，最后由相关公式计算得到相应的空气负离子浓度。整个过程如图2所示。

图2 空气负离子检测仪原理示意图

7、 各种负离子辨析

负氧离子要由负离子仪检测，但是反过来负离子仪检测到的数据不一定都是负氧离子。非常多的带负电性的粒子都可以在负离子仪上产生数据，如：带负电和放射性粒子，带负电的各种分子（CO₂、H₂O、SO₂、CH₃COOH等等），导体尖端放出的电子（电晕），当然负氧离子会在负离子仪上产生数据。上述这一些带负电性粒子虽然都能够被负离子仪检测到，有的甚至数百万上亿，但是它们对人体没有益处，有的甚至危害身体健康，如放射性物质，如图3所示。光催化形成的负氧离子浓度不会高得异常，常常在1000-5000个/立方厘米的范围，并且空间每处检测到的数据不会差别很大，因为负氧离子是一种小粒径负离子，具有大的迁移速率，一旦产生会很快在空间扩散均匀分布。放射性物质、尖端放电、挥发性物质等产生的负离子，检测时离源头越远数据会急剧减少。另外，如果是数万伏电压下放射电子可以形成负氧离子，但是会伴生有毒害的臭氧，不建议使用。

图3各种负离子辨析图示说明

8、可见光光催化剂（光触媒）产品介绍

当可见光光触媒产品喷涂在室内或者车内表面，在室内光/车内光照下，可以不断释放负氧离子，浓度达1000-5000个每立方厘米。如果这种可见光光触媒被固定在基质材料上，配合长波段（如：365-400nm）紫外光光源，可以持久释放负氧离子，做到人机共存。

可见光光触媒不但可以在光照下持久释放负氧离子，还可以光催化降解空气中的污染物（如甲醛和VOCs等），除去室内车内异味，并且具有优良的杀菌灭病毒功能。可见光光触媒的功能如图4与动画所示。

图4 可见光光触媒光照下释放负氧离子同时除污染物杀菌灭病毒

9、 各种负氧离子产品辨析（该部分为辨析内容供参考）

负离子粉：一种名称叫“负离子粉”的粉体产品，不建议作为负氧离子产品使用。此类产品有二种类型，一种是放射性物质，发射带负电荷的放射性粒子，在负离子仪上会产生很高的数据，但是它不是负“氧”离子。当用检测放射性的照度计靠近时会发出警报，意味放射性超标，人长期在使用了该产品的环境里，会诱发各种疾病甚至癌症的风险。

另一类为“电气石”产品，机理为利用热电效应或压电效应产生负氧离子。该机理的合理性值得商榷。热电效应或压电效应分别是存在温度差或者压力差时产生电流，大小与温度差或者压力差成正向关系，在没有人为干涉的情况下（无加热按压超声波等），同一小空间中的温度或者压力差别非常小，难以形成大的电流，即使电子能发射出来，也难以具有较高的能量与氧分子结合形成负氧离子。这种类型的物质，当负离子仪靠近时能产生数据，最大的可能性是它们表面有一定的静电压，使负离子仪显示一定的数据。

负离子液：水溶性静电物质的水溶液，如果喷涂在物体表面，干燥后形成带静电的表面，负离子仪靠近也会有数据，但是离开一定距离数据会急剧减少。

另外，如果把具有负电性挥发性物质配制成水溶液，喷涂在物体的表面，干燥后会不断向空中挥发带负电性的粒子，负离子仪会产生数据，这种所谓的负氧离子“产品”最具有欺骗性。但是，一定时间后随着挥发性物质挥发完，就会再也检测不到了，从这一点也是可以判断真伪的。

10、 负氧离子纳米喷液的应用与施工（负氧离子工程）

由于负氧离子对人体健康的重要性，在所有人的活动与生活空间都推荐应用；并且推荐应用于某此疾病的辅助治疗空间。特别推荐应用于幼稚园、中小学校医院与疗养院等。具体范围总结如下：

• 人居环境：居室、别墅、酒店、旅馆等

• 工作环境：办公室、会议室、写字楼、实验室等

• 交通运输：汽车站、飞机场、高铁站、地铁站等

• 交通工具：车辆、飞机、火车、高铁、船舶等

• 娱乐环境：网吧、电影院、歌舞厅、KTV厅等

• 医疗系统：医院、卫生所、保健院、门诊部、急救中心、防疫站等

• 教育系统：学校教室、宿舍、礼堂、食堂、图书馆等。

由于钛唐纳米负氧离子喷涂液产品是一种纳米材料，它的施工喷枪喷嘴要求细小，口径不要大于1.0mm，最好小于0.5mm以下。如果是手动瓶要选用雾化好的喷头。施工时，不要形成大的液滴，更不要产生流挂，不小心过量，在它完全干透前擦拭掉即可。如果不小心过量使用，在物体表面产生了痕迹，由于纳米材料好的附着力，不能轻易擦掉，也不用担心，建议用拧干的湿毛巾沾牙膏耐心擦拭干净。

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