科學家發現水微滴在冷表面凝結時可以轉化為過氧化氫

2020-11-26 科技報告與資訊

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液體水是一種相對溫和的物質,幾乎沒有化學活性。不過當以微小液滴形式出現時,可能情況就不一樣了。史丹福大學的研究人員發現,在只有百萬分之一米寬的微滴中,一部分H2O分子可以轉化為一種近似的化學表親—過氧化氫,即H2O2,這是一種常用於消毒劑和漂發劑的刺激性化學物質。

史丹福大學的科學家去年首次報導了這種在強行噴射的微滴水中的意外行為。現在,在一項新的研究中,研究小組發現,當微滴簡單地從空氣中凝結到寒冷的表面時,同樣的轉變也會發生。新研究發現,水的過氧化氫轉化是一種普遍現象,發生在霧、霧、雨滴和其他任何自然形成的微滴中。

研究人員還推測,水的這種新認識到的化學能力可能在幾十億年前為地球上的生命啟動過程發揮了關鍵作用,並在生命出現之前產生了我們星球上的第一個大氣中的氧氣。

這項發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上的研究的共同主要作者是史丹福大學的科學家Jae Kyoo Lee和Hyun Soo Han。

史丹福大學的團隊將水凝結在多種冷的材料上,包括矽、玻璃、塑料和金屬。然後,在凝結的水上擦拭了一條在雙氧水存在下會改變顏色的測試條。果然,試條變成了藍色。形成的過氧化氫的量很低,但可以檢測到(在百萬分之一的數量上),根據表面的溫度和試驗室的相對溼度等因素而變化。研究人員還注意到,隨著水滴尺寸的增大,微滴中形成的過氧化氫會變得越來越稀薄,這或許可以解釋為什麼這種化學轉化長期以來一直被忽視。

新的實驗也支持了研究人員關於過氧化氫是如何形成的最初假設。他們發現,在水和空氣的界面產生的強電場,在微滴的外圍激活了水分子,形成各種所謂的活性氧物質。這些物質是不穩定的分子碎片,可以迅速與其他分子反應,產生過氧化氫。

Zare的團隊目前正在研究如何利用通過微滴產生的過氧化氫來達到清潔和消毒的目的。Zare提出的一種有趣的可能性是,利用微液滴及其附帶的H2O2來消除表面的SARS-CoV-2(導致COVID-19的病毒)。

論文標題為《 Condensing water vapor to droplets generates hydrogen peroxide》。

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