空气负（氧）离子研究的知识图谱

谢子扬，江 蓝，朱 静，李长顺，邓慧颖，刘金福，何中声

（1福建农林大学林学院，福州 350002；2福建农林大学海峡自然保护区研究中心，福州 350002；3生态与资源统计福建省高校重点实验室，福州 350002；4福建省气象服务中心，福州 350001；5福建农林大学图书馆，福州 350002）

0 引言

空气负离子是带有负电荷的气体分子和轻离子团总称，最早发现于19世纪末[1-2]。根据获取电子能力不同，大多数电子被氧气所获得，形成负氧离子，因而空气负离子也称为空气负（氧）离子[3]。空气负（氧）离子具有净化空气作用，是衡量空气质量的重要指标[4]。空气负氧离子又被称为“空气维生素”和“大气长寿素”，对身体健康保护和疾病预防具有重要功效[5-6]。森林中蕴含大量负（氧）离子，空气负（氧）离子浓度是森林康养旅游评价、森林环境评价的重要指标之一[7]。关于空气负（氧）离子的研究涉及众多学科，国内外学者陆续发表了相关领域文献综述，对其产生机理、影响因素和实际应用等方面研究进行回顾[4,8]，但鲜有对其文献进行科学计量和可视化分析。

知识图谱是在信息科技推动下衍生和发展出来用于构建复杂知识网络的研究方法，已成为科学计量学研究热点[9]。运用知识图谱可以将大量文献数据信息转换成可视化图像，对某一学科的核心框架、发展历史和前沿热点进行梳理和展示[10-11]。近年来森林康养和森林环境评价的知识图谱文章较多，而空气负（氧）离子作为前两者的重要组成部分尚未进行知识图谱分析。为此，基于知识图谱分析方法，对空气负（氧）离子相关文献的索引关键词、被引情况、作者信息、发表时间等数据进行挖掘与可视化处理[12-13]，归纳、梳理其发展规律和前沿热点，为后续研究提供理论参考。

1 数据来源与研究方法

Web of Science简称WOS，是美国科学信息研究所（ISI）发的文献数据检索库，收录超过8700种学术期刊，拥有全球数量最多和最有影响力的学术信息资源[14]。以WOS库为数据源，以“air negative oxygen ion”为检索关键词，文献类型为“article”，获取2002—2019年发表相关文献数据共285篇全记录文本格式（检索时间为2020年4月6日）。R软件bibliometrix包提供了基于科学文献计量学和可视化展示工具，广泛应用于文献计量研究[15]。其中h指数是衡量学者出版物的产出情况和引文影响力的计量指标，指一个学者至多有h篇论文分别被引用h次[16]。g指数作为h指数改进指数，是反映高被引频次论文的评价指标，指作者论文按照被引频次从高到低排序，将排序序号平方，当平方等于累计被引次数时，该序号为g指数[17]。m指数作为h指数的改进指数，指将h篇论文的引文，按照被引用数降序排列，选择中位数为m指数[18]。关键词共现分析是指利用文献集中词汇对或名词短语共同出现的情况，描述文献集所代表学科中各主题间组成结构和关系方法，对某一领域热点内容、学科与领域发展历程具有重要意义[19]。研究主要统计2002—2019年WOS库空气负（氧）离子文献发表文献来源、高产作者h指数、论文合作的国家（地区）和关键词耦合关系等。

2 结果与分析

2.1 空气负（氧）离子文献基本情况

检索2002—2019年发表相关文献共285篇，包括251篇期刊文章、24篇会议文章和10篇文献综述。涉及1254位作者，作者总计出现1388人次；独立作者文献数10篇，文献篇均作者数4.4个。文献篇均被引频次3.076次。自2002年以来，除2005、2009年出现波动，文献发表数目逐年递增（表1），年增长率7.08%，2019年发表文献数最高为32篇。空气负（氧）离子文献总被引次数在2002—2019年大致呈先增加后减小的趋势，其中2009、2010和2012年达到峰值，文章篇均被引频次于2005和2009年达到峰值后呈波动下降趋势。

表1 2002—2019年WOS空气负（氧）离子文献发表数和被引用情况

2.2 空气负（氧）离子文章高产作者、高被引论文及h指数

2002年以来，WOS库收录的空气负（氧）离子文献逐渐增多，出现许多高产论文作者。总被引频次表示作者所有文献被引频次总和。对比前10名高产作者数据（表2），从2008年开始，Bychkov累计发表文章5篇，h指数2，与h指数相关的g指数和m指数分别为3和0.15，文章总被引频次为10，该作者文章发表日期（被引频次）分别为 2017(1)、2015(2)、2011(1)和 2008(6)，发表日期越早，被引频次越多。Bychkov发表的5篇文章IF影响因子偏低，文章被引频次低可能与发表时间较晚及其他学者偏向引用影响因子更高、被引用频次高的期刊有关。2002—2006年，Kondrashova、Sirota和Tikhonov均发表了4篇文献。2007—2019年有7名作者陆续发表了文献，其中Kim于2016年发表文章数较多且文章被引频次也较高。同时，也应认识到h指数和总被引频次还有待进一步提高，这也与该领域国际上研究热度不高、研究方向较多，导致该领域研究的相关度不高有关。

表2 空气负（氧）离子文章前10名高产作者、h指数及总被引频次

空气负（氧）离子前10名优势作者及发文数（表3）表明，优势度因子表示在合作文章中作者为第一作者的频率，通过优势度因子排序确定优势作者。Belhi、Tikhonov和Sun作者优势排序分列前3位。前10名优势作者文章全部为合作文章，未出现独作文章。作者优势度排序最低的Bychkov发文数最多。

表3 空气负（氧）离子文章前10名优势作者及发文数

WOS库中空气负（氧）离子前10名高被引用文章未出现2014年后的文献（表4），表明2014年及以前发表文章影响力较高，近年发表的本领域影响力突出文章较少。2012年Christensen在《Journal of the Electrochemical Society》上发表的论文8年内总被引768次，年均被引85.3次，该作者发表文章的总被引频次排名第1。此外，空气负（氧）离子前10名高频引用文献中作者Wagner、Laoire、Gallagher、Liu、Radin发表的论文总被引频次在200以上。少数作者已发表文献的总被引频次极高，而多数作者文献的总被引频次较少。

表4 空气负（氧）离子前10名高被引用文章详细情况

历史文献直接被引用图由Garfield提出，用来表示文献收集产生相关性最高的直接引用时间顺序网络图[20-21]，从历史文献直接被引用图看（图1），2002—2013年直接被引用文献较为集中，2014年及以后发表的文献中直接被引数量较少，且作者更偏好引用2014年以前文献。

图1 2002—2019年历史文献直接被引网络图谱

2.3 空气负（氧）离子文章作者国家和地区分析

空气负（氧）离子文章发表数量前10名国家或地区见表5。SCP指数(single country publications)反映单一国家或地区发表文章数量；MCP指数(multiple country publications)反映多国家或地区发表文章数量；MCPRatio指数(multiple country publications ratio)反映多国家或地区文章数比例，该指数越高该国文章国际化程度越高。中国作者发文55篇，发表频度为0.197，与其他国家和地区合作发文15篇，合作比例为0.273，文章篇均被引频次15.47。美国、俄罗斯、德国文章发表数紧随其后。从空气负（氧）离子文章高产国家发文数可以看出，SCP指数远高于MCP指数，多国合作发表文章比例较小。中国、美国、英国、俄罗斯、德国与其他国家合作发表文章数量较多，波兰、英国、中国和印度发表多国家合作文章比例最高。

表5 空气负（氧）离子文章发表数量前10名国家或地区

2.4 空气负（氧）离子文献期刊来源

空气负（氧）离子发表前10名文献来源及影响因子(IF)见表6，参考2019年《2018年JCR期刊引用报告》，WOS库中空气负（氧）离子论文发表数量前10名来源期刊IF平均值为3.205。其中发表在《Journal of Physics D:Applied Physics》(IF2.829)期刊上12篇，其余期刊文章数均在10篇以下。参考《中科院SCI期刊分区》（2019年12月基础版），期刊的大类学科主要为物理、工程技术和化学等学科，其中《Journal of Materials Chemistry A》的IF影响因子为10.733，远高于其他期刊；《Plasma Sources Science&Technology》和《International Journal of Hydrogen Energy》期刊影响因子均超过4。

表6 空气负（氧）离子文献发表数量前10名文献期刊来源及影响因子

2.5 空气负（氧）离子文章高频关键词分析

空气负（氧）离子论文前10名关键词分析见表7。作者关键词(author keywords)指由作者提供的关键词。空气负（氧）离子文献作者关键词中corona discharge（电晕放电）出现频次最高，其次是oxygen（氧）、ozone（臭氧）、air（空气）、hydrogen（氢）、plasma（等离子体）等。索引关键词(keywords plus)可以增加文章在相关专题下的命中率，加快论文的查询速度，可用计算机自动编制，检索也较方便。索引关键词中oxygen（氧气）出现频次最高，共出现49次，其次是air（空气）、performance（性能）、nitrogen（氮）、discharge（放电）和plasma（等离子体）等。

表7 空气负（氧）离子文章前10名高频关键词分析

根据索引关键词共现网络分析（图2），与oxygen（氧）相关研究集中在air（空气）、discharge（放电）、negative ions（负离子）、chemistry（化学）和plasma（等离子体）等方向；与performance（性能）相关研究集中在air batteries（空气电池）、cathode（负电极）、oxide（氧化物）、oxygen reduction（氧化还原）和complexes（络合物）等方面；与nitrogen（氮）相关研究集中在crosssections（交叉区域）、simulation（仿真）和 temperature（温度）领域。

图2 空气负（氧）离子文章文献索引关键词共现网络分析

关键词时间演变与出现频率分析从时间、关键词出现频率2个维度反映其研究方向的演变（图3）。2002—2010年glow-discharge（辉光放电）、superoxidedismutase（超氧化物歧化酶）、superoxide（超氧化物）和system（系统）等关键词出现频率最高；2011—2015年oxygen（氧）、air（空气）、plasma（等离子体）、reduction（还原）、water（水）和oxidation（氧化）等关键词出现频率最高；2016—2019年 performance（性能）、oxide（氧化物）、batteries（电池）、diffusion（扩散）和graphene（石墨烯）等关键词出现频率最高（图3）。2002—2019年频率最高的关键词oxygen（氧）和air（空气）分别出现在2013和2015年。与氧元素相关关键词出现的频率较高，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应是主导方向，自2003年关注放电反应、医疗应用等，而等离子体、电池、石墨烯等新能源、新材料的应用是近年来该领域研究热点。

图3 关键词时间演变与出现频率分析

3 结论

（1）2002—2019年空气负（氧）离子文献发表数量逐年递增，中国作者发文量、文章总被引频次及合作比例排名靠前，表明中国作者发表论文国际化程度较高，但文章篇均被引频次低于美国，有待进一步提高。

（2）空气负（氧）离子文献总被引频次与篇均被引频次大致呈先升高后降低趋势，期间出现许多高产作者，而其文章总被引频次远低于文章总被引前10作者发文的总被引频次。

（3）空气负（氧）离子来源前10名文献期刊IF因子在1.267～10.733，大类学科以物理、工程技术和化学为主。在空气负（氧）离子文献索引关键词共现网络研究中，与氧有关的研究主要围绕空气、放电、负离子、化学、等离子体、大气压强、混合物和电离等关键词；与性能有关的研究主要围绕空气电池、负电极、氧化物、氧化还原、络合物、稳定作用、水和模型等关键词；与氮有关的研究主要围绕交叉区域、仿真、温度等关键词。氧和空气是2013、2015年出现频率最高的关键词。涉及氧元素的物化反应是该领域主导方向，关于等离子体、电池和石墨烯等新能源、新材料的应用是近年来该领域研究的热点内容。

4 讨论

空气负（氧）离子文献被引用频次大致呈先升高再降低趋势，原因包括：（1）论文发表日期距离统计截止时间较近；（2）近年来发表的文章影响力有待验证；（3）该领域研究方向较多、部分研究结论存在分歧现象[22]。

空气负（氧）离子文献在国籍来源中，中国作者发表文章数量最多，与其他国家或地区合作发文数量较多，表明中国在该领域国际化程度较高。基于Web of Science结合中国知网数据库“空气负（氧）离子”为检索对象的文章分析，中外学者的研究方向有所不同。国外研究主要集中在化学、工业、医疗等方面，其中在等离子体、锂空气电池和石墨烯等新材料、新能源领域应用是近年来研究热点。中国作者偏向研究空气负（氧）离子与环境因子、森林康养的关系，原因可能为：（1）国外对负（氧）离子与森林关系研究起步较早，目前更注重空气负（氧）离子应用；（2）国内经济快速发展导致城市空气污染增多，与空气负（氧）离子有关的森林康养产业可以满足人民日益增长的健康和旅游需求。森林康养又称森林疗养(forestry therapy)，最早由“森林浴”一词发展而来[23]。负（氧）离子具有促进人体新陈代谢、改善心脑血管疾病、治疗慢性抑郁症、杀菌和除尘等功效[24-29]。由于森林及相关地区蕴含大量负氧离子[30-31]，中国于2008年将空气负（氧）离子浓度纳入森林生态系统服务功能评估的指标[32]。鉴于上述原因，对森林康养、环境因子与空气负（氧）离子关系的研究是国内负氧离子领域探讨的热点方向。

目前空气负（氧）离子研究的理论框架、物化反应原理具有丰富研究成果，结合与其他因子耦合关系模型，综合前文分析结果，对未来研究提出以下建议：（1）目前对环境因子与负（氧）离子耦合关系研究主要集中在短期观测数据，但其他影响因素较复杂，相关模型较简单，结果代表性低，建议关注空气负（氧）离子与环境因子长时间序列耦合关系的复杂模型；（2）空气负（氧）离子在新材料、新能源、医疗领域的应用在国外研究较多，国内相关研究较少，建议增加相关研究。