本文聯合發布于學術公眾號：催化計（ID：icat2019）
水能發生化學反應嗎？答案是肯定的，在催化劑、光、電等外部條件下，我們用水產氫，用水產氧，用水合成各種各樣的化學品。
但是，如果沒有催化劑，沒有任何外部條件，一滴水，單純的一滴水，它自己能變成什么呢？
近日，美國斯坦福大學Richard Zare和韓國基礎科學研究所Hong Gil Nam等團隊報道了一個驚人的發現，在沒有任何其他化學試劑以及外部刺激存在的情況下，微小的純水水滴會自發地產生過氧化氫。這一驚人的發現使得環保、廉價的過氧化氫生產成為可能，也可以讓化學合成變得更加綠色。
意外發現
話說有一天，Richard Zare領導的研究小組試圖在微滴中合成金納米結構，一個偶然的發現，水分子可以在微米大小的液滴中以1ppm左右的濃度氧化形成過氧化氫。他們將純凈水霧化得到微小的水滴后(直徑1μm-20μm)，觀察到水滴會自發產生H2O2，且H2O2的產量隨著水滴尺寸的減小而增加。4-羧基苯硼酸的裂解以及苯硼酸在水滴中轉化為苯酚，進一步證實了H2O2的生成。生成的過氧化氫濃度利用草酸鈦鉀滴定法測定，約為30μM。
這個反應是否有O2的參與呢？研究人員將噴霧氣體改為O2后發現，微滴中H2O2的產率降低了，這說明無論是在霧滴周圍的空氣中，還是在水中，無需O2的幫助，純水微滴都能夠直接生成H2O2。
這到底是什么魔幻的反應機理？研究人員思考了H2O2形成的各種可能機制，并為了驗證假設進行了一系列探索實驗，最后認為羥基自由基重組是最有可能的機制。
圖1. 在微滴的氣-液界面形成H2O2的機理
水在液滴表面電離形成氫離子和氫氧根離子，研究人員認為微液滴環境本身促進了液滴表面的氧化還原化學過程。在空氣和水的界面上，氫氧根離子和氫離子之間有很明顯的電荷分離現象。OH -疏水，而H+親水，這就導致在界面上形成了一個非常強的電場。電場的強度大約是每厘米1000萬伏特，比實驗室產生的要大得多。該電場使氫氧根離子發生電離產生羥基自由基，隨后結合形成過氧化氫。
圖2. 過氧化氫在水微滴中自發生成的熒光圖像
重大意義
這種無催化劑、無外接電源的H2O2生產方法為雙氧水的綠色生產提供了的機會，但是，最令人興奮之處在于，這項重大發現表明水滴具有發生氧化還原反應的能力。雖然在微水滴環境中所有類型的過程都可以發生，但當水的體積變大時則不會出現類似的情況。
這一發現還可能讓食品加工變得更加安全清潔。Zare等人嘗試通過向空氣中噴射小水滴來殺死大腸桿菌和沙門氏菌，對此他們感到興奮不已。
這一發現還可能有助于解釋地球上生命的起源，甚至可以被認為是人工細胞。
專家點評
美國卡內基梅隆大學綠色科學研究所所長、化學家Terry Collins表示，這是一個美麗的發現，并開啟了一系列非常有趣的研究。
美國卡內基梅隆大學大氣化學家、綠色科學研究所副所長RyanSullivan認為，這一發現可能會讓化學變得更加綠色環保。Sullivan表示，過氧化氫是一種非常有價值綠色氧化劑，它可以分解生成安全無污染的成分。但是目前這些微滴只能自發地產生極少量（百萬分之一）的H2O2，如果我們能弄清楚如何加速這一過程或進一步提高產量，無論是從實用性或應用的角度來看，都將意義非凡。
小編點評：科學沒有所謂的失敗，細節和思維決定了科研的深度！這項發現，就是在一個實驗中偶然發現。如果是我，我能把握住這個機會嗎？可能有無數次，我都曾和這個，那個，科學史上已經或者將要出現的無數個偉大的科學發現擦肩而過！
