空氣負（氧）離子研究的知識圖譜

謝子揚，江 藍，朱 靜，李長順，鄧慧穎，劉金福，何中聲

（1福建農林大學林學院，福州 350002；2福建農林大學海峽自然保護區研究中心，福州 350002；3生態與資源統計福建省高校重點實驗室，福州 350002；4福建省氣象服務中心，福州 350001；5福建農林大學圖書館，福州 350002）

0 引言

空氣負離子是帶有負電荷的氣體分子和輕離子團總稱，最早發現于19世紀末[1-2]。根據獲取電子能力不同，大多數電子被氧氣所獲得，形成負氧離子，因而空氣負離子也稱為空氣負（氧）離子[3]。空氣負（氧）離子具有凈化空氣作用，是衡量空氣質量的重要指標[4]。空氣負氧離子又被稱為“空氣維生素”和“大氣長壽素”，對身體健康保護和疾病預防具有重要功效[5-6]。森林中蘊含大量負（氧）離子，空氣負（氧）離子濃度是森林康養旅游評價、森林環境評價的重要指標之一[7]。關于空氣負（氧）離子的研究涉及眾多學科，國內外學者陸續發表了相關領域文獻綜述，對其產生機理、影響因素和實際應用等方面研究進行回顧[4,8]，但鮮有對其文獻進行科學計量和可視化分析。

知識圖譜是在信息科技推動下衍生和發展出來用于構建復雜知識網絡的研究方法，已成為科學計量學研究熱點[9]。運用知識圖譜可以將大量文獻數據信息轉換成可視化圖像，對某一學科的核心框架、發展歷史和前沿熱點進行梳理和展示[10-11]。近年來森林康養和森林環境評價的知識圖譜文章較多，而空氣負（氧）離子作為前兩者的重要組成部分尚未進行知識圖譜分析。為此，基于知識圖譜分析方法，對空氣負（氧）離子相關文獻的索引關鍵詞、被引情況、作者信息、發表時間等數據進行挖掘與可視化處理[12-13]，歸納、梳理其發展規律和前沿熱點，為后續研究提供理論參考。

1 數據來源與研究方法

Web of Science簡稱WOS，是美國科學信息研究所（ISI）發的文獻數據檢索庫，收錄超過8700種學術期刊，擁有全球數量最多和最有影響力的學術信息資源[14]。以WOS庫為數據源，以“air negative oxygen ion”為檢索關鍵詞，文獻類型為“article”，獲取2002—2019年發表相關文獻數據共285篇全記錄文本格式（檢索時間為2020年4月6日）。R軟件bibliometrix包提供了基于科學文獻計量學和可視化展示工具，廣泛應用于文獻計量研究[15]。其中h指數是衡量學者出版物的產出情況和引文影響力的計量指標，指一個學者至多有h篇論文分別被引用h次[16]。g指數作為h指數改進指數，是反映高被引頻次論文的評價指標，指作者論文按照被引頻次從高到低排序，將排序序號平方，當平方等于累計被引次數時，該序號為g指數[17]。m指數作為h指數的改進指數，指將h篇論文的引文，按照被引用數降序排列，選擇中位數為m指數[18]。關鍵詞共現分析是指利用文獻集中詞匯對或名詞短語共同出現的情況，描述文獻集所代表學科中各主題間組成結構和關系方法，對某一領域熱點內容、學科與領域發展歷程具有重要意義[19]。研究主要統計2002—2019年WOS庫空氣負（氧）離子文獻發表文獻來源、高產作者h指數、論文合作的國家（地區）和關鍵詞耦合關系等。

2 結果與分析

2.1 空氣負（氧）離子文獻基本情況

檢索2002—2019年發表相關文獻共285篇，包括251篇期刊文章、24篇會議文章和10篇文獻綜述。涉及1254位作者，作者總計出現1388人次；獨立作者文獻數10篇，文獻篇均作者數4.4個。文獻篇均被引頻次3.076次。自2002年以來，除2005、2009年出現波動，文獻發表數目逐年遞增（表1），年增長率7.08%，2019年發表文獻數最高為32篇。空氣負（氧）離子文獻總被引次數在2002—2019年大致呈先增加后減小的趨勢，其中2009、2010和2012年達到峰值，文章篇均被引頻次于2005和2009年達到峰值后呈波動下降趨勢。

表1 2002—2019年WOS空氣負（氧）離子文獻發表數和被引用情況

2.2 空氣負（氧）離子文章高產作者、高被引論文及h指數

2002年以來，WOS庫收錄的空氣負（氧）離子文獻逐漸增多，出現許多高產論文作者。總被引頻次表示作者所有文獻被引頻次總和。對比前10名高產作者數據（表2），從2008年開始，Bychkov累計發表文章5篇，h指數2，與h指數相關的g指數和m指數分別為3和0.15，文章總被引頻次為10，該作者文章發表日期（被引頻次）分別為 2017(1)、2015(2)、2011(1)和 2008(6)，發表日期越早，被引頻次越多。Bychkov發表的5篇文章IF影響因子偏低，文章被引頻次低可能與發表時間較晚及其他學者偏向引用影響因子更高、被引用頻次高的期刊有關。2002—2006年，Kondrashova、Sirota和Tikhonov均發表了4篇文獻。2007—2019年有7名作者陸續發表了文獻，其中Kim于2016年發表文章數較多且文章被引頻次也較高。同時，也應認識到h指數和總被引頻次還有待進一步提高，這也與該領域國際上研究熱度不高、研究方向較多，導致該領域研究的相關度不高有關。

表2 空氣負（氧）離子文章前10名高產作者、h指數及總被引頻次

空氣負（氧）離子前10名優勢作者及發文數（表3）表明，優勢度因子表示在合作文章中作者為第一作者的頻率，通過優勢度因子排序確定優勢作者。Belhi、Tikhonov和Sun作者優勢排序分列前3位。前10名優勢作者文章全部為合作文章，未出現獨作文章。作者優勢度排序最低的Bychkov發文數最多。

表3 空氣負（氧）離子文章前10名優勢作者及發文數

WOS庫中空氣負（氧）離子前10名高被引用文章未出現2014年后的文獻（表4），表明2014年及以前發表文章影響力較高，近年發表的本領域影響力突出文章較少。2012年Christensen在《Journal of the Electrochemical Society》上發表的論文8年內總被引768次，年均被引85.3次，該作者發表文章的總被引頻次排名第1。此外，空氣負（氧）離子前10名高頻引用文獻中作者Wagner、Laoire、Gallagher、Liu、Radin發表的論文總被引頻次在200以上。少數作者已發表文獻的總被引頻次極高，而多數作者文獻的總被引頻次較少。

表4 空氣負（氧）離子前10名高被引用文章詳細情況

歷史文獻直接被引用圖由Garfield提出，用來表示文獻收集產生相關性最高的直接引用時間順序網絡圖[20-21]，從歷史文獻直接被引用圖看（圖1），2002—2013年直接被引用文獻較為集中，2014年及以后發表的文獻中直接被引數量較少，且作者更偏好引用2014年以前文獻。

圖1 2002—2019年歷史文獻直接被引網絡圖譜

2.3 空氣負（氧）離子文章作者國家和地區分析

空氣負（氧）離子文章發表數量前10名國家或地區見表5。SCP指數(single country publications)反映單一國家或地區發表文章數量；MCP指數(multiple country publications)反映多國家或地區發表文章數量；MCPRatio指數(multiple country publications ratio)反映多國家或地區文章數比例，該指數越高該國文章國際化程度越高。中國作者發文55篇，發表頻度為0.197，與其他國家和地區合作發文15篇，合作比例為0.273，文章篇均被引頻次15.47。美國、俄羅斯、德國文章發表數緊隨其后。從空氣負（氧）離子文章高產國家發文數可以看出，SCP指數遠高于MCP指數，多國合作發表文章比例較小。中國、美國、英國、俄羅斯、德國與其他國家合作發表文章數量較多，波蘭、英國、中國和印度發表多國家合作文章比例最高。

表5 空氣負（氧）離子文章發表數量前10名國家或地區

2.4 空氣負（氧）離子文獻期刊來源

空氣負（氧）離子發表前10名文獻來源及影響因子(IF)見表6，參考2019年《2018年JCR期刊引用報告》，WOS庫中空氣負（氧）離子論文發表數量前10名來源期刊IF平均值為3.205。其中發表在《Journal of Physics D:Applied Physics》(IF2.829)期刊上12篇，其余期刊文章數均在10篇以下。參考《中科院SCI期刊分區》（2019年12月基礎版），期刊的大類學科主要為物理、工程技術和化學等學科，其中《Journal of Materials Chemistry A》的IF影響因子為10.733，遠高于其他期刊；《Plasma Sources Science&Technology》和《International Journal of Hydrogen Energy》期刊影響因子均超過4。

表6 空氣負（氧）離子文獻發表數量前10名文獻期刊來源及影響因子

2.5 空氣負（氧）離子文章高頻關鍵詞分析

空氣負（氧）離子論文前10名關鍵詞分析見表7。作者關鍵詞(author keywords)指由作者提供的關鍵詞。空氣負（氧）離子文獻作者關鍵詞中corona discharge（電暈放電）出現頻次最高，其次是oxygen（氧）、ozone（臭氧）、air（空氣）、hydrogen（氫）、plasma（等離子體）等。索引關鍵詞(keywords plus)可以增加文章在相關專題下的命中率，加快論文的查詢速度，可用計算機自動編制，檢索也較方便。索引關鍵詞中oxygen（氧氣）出現頻次最高，共出現49次，其次是air（空氣）、performance（性能）、nitrogen（氮）、discharge（放電）和plasma（等離子體）等。

表7 空氣負（氧）離子文章前10名高頻關鍵詞分析

根據索引關鍵詞共現網絡分析（圖2），與oxygen（氧）相關研究集中在air（空氣）、discharge（放電）、negative ions（負離子）、chemistry（化學）和plasma（等離子體）等方向；與performance（性能）相關研究集中在air batteries（空氣電池）、cathode（負電極）、oxide（氧化物）、oxygen reduction（氧化還原）和complexes（絡合物）等方面；與nitrogen（氮）相關研究集中在crosssections（交叉區域）、simulation（仿真）和 temperature（溫度）領域。

圖2 空氣負（氧）離子文章文獻索引關鍵詞共現網絡分析

關鍵詞時間演變與出現頻率分析從時間、關鍵詞出現頻率2個維度反映其研究方向的演變（圖3）。2002—2010年glow-discharge（輝光放電）、superoxidedismutase（超氧化物歧化酶）、superoxide（超氧化物）和system（系統）等關鍵詞出現頻率最高；2011—2015年oxygen（氧）、air（空氣）、plasma（等離子體）、reduction（還原）、water（水）和oxidation（氧化）等關鍵詞出現頻率最高；2016—2019年 performance（性能）、oxide（氧化物）、batteries（電池）、diffusion（擴散）和graphene（石墨烯）等關鍵詞出現頻率最高（圖3）。2002—2019年頻率最高的關鍵詞oxygen（氧）和air（空氣）分別出現在2013和2015年。與氧元素相關關鍵詞出現的頻率較高，如超氧化物歧化酶(2004)、二氧化硫(2007)、超氧化物 (2008)、氧化作用 (2011)、氧 (2013)和氧化物(2017)。涉及氧元素的物化反應是主導方向，自2003年關注放電反應、醫療應用等，而等離子體、電池、石墨烯等新能源、新材料的應用是近年來該領域研究熱點。

圖3 關鍵詞時間演變與出現頻率分析

3 結論

（1）2002—2019年空氣負（氧）離子文獻發表數量逐年遞增，中國作者發文量、文章總被引頻次及合作比例排名靠前，表明中國作者發表論文國際化程度較高，但文章篇均被引頻次低于美國，有待進一步提高。

（2）空氣負（氧）離子文獻總被引頻次與篇均被引頻次大致呈先升高后降低趨勢，期間出現許多高產作者，而其文章總被引頻次遠低于文章總被引前10作者發文的總被引頻次。

（3）空氣負（氧）離子來源前10名文獻期刊IF因子在1.267～10.733，大類學科以物理、工程技術和化學為主。在空氣負（氧）離子文獻索引關鍵詞共現網絡研究中，與氧有關的研究主要圍繞空氣、放電、負離子、化學、等離子體、大氣壓強、混合物和電離等關鍵詞；與性能有關的研究主要圍繞空氣電池、負電極、氧化物、氧化還原、絡合物、穩定作用、水和模型等關鍵詞；與氮有關的研究主要圍繞交叉區域、仿真、溫度等關鍵詞。氧和空氣是2013、2015年出現頻率最高的關鍵詞。涉及氧元素的物化反應是該領域主導方向，關于等離子體、電池和石墨烯等新能源、新材料的應用是近年來該領域研究的熱點內容。

4 討論

空氣負（氧）離子文獻被引用頻次大致呈先升高再降低趨勢，原因包括：（1）論文發表日期距離統計截止時間較近；（2）近年來發表的文章影響力有待驗證；（3）該領域研究方向較多、部分研究結論存在分歧現象[22]。

空氣負（氧）離子文獻在國籍來源中，中國作者發表文章數量最多，與其他國家或地區合作發文數量較多，表明中國在該領域國際化程度較高。基于Web of Science結合中國知網數據庫“空氣負（氧）離子”為檢索對象的文章分析，中外學者的研究方向有所不同。國外研究主要集中在化學、工業、醫療等方面，其中在等離子體、鋰空氣電池和石墨烯等新材料、新能源領域應用是近年來研究熱點。中國作者偏向研究空氣負（氧）離子與環境因子、森林康養的關系，原因可能為：（1）國外對負（氧）離子與森林關系研究起步較早，目前更注重空氣負（氧）離子應用；（2）國內經濟快速發展導致城市空氣污染增多，與空氣負（氧）離子有關的森林康養產業可以滿足人民日益增長的健康和旅游需求。森林康養又稱森林療養(forestry therapy)，最早由“森林浴”一詞發展而來[23]。負（氧）離子具有促進人體新陳代謝、改善心腦血管疾病、治療慢性抑郁癥、殺菌和除塵等功效[24-29]。由于森林及相關地區蘊含大量負氧離子[30-31]，中國于2008年將空氣負（氧）離子濃度納入森林生態系統服務功能評估的指標[32]。鑒于上述原因，對森林康養、環境因子與空氣負（氧）離子關系的研究是國內負氧離子領域探討的熱點方向。

目前空氣負（氧）離子研究的理論框架、物化反應原理具有豐富研究成果，結合與其他因子耦合關系模型，綜合前文分析結果，對未來研究提出以下建議：（1）目前對環境因子與負（氧）離子耦合關系研究主要集中在短期觀測數據，但其他影響因素較復雜，相關模型較簡單，結果代表性低，建議關注空氣負（氧）離子與環境因子長時間序列耦合關系的復雜模型；（2）空氣負（氧）離子在新材料、新能源、醫療領域的應用在國外研究較多，國內相關研究較少，建議增加相關研究。