科学发现中“无心插柳柳成荫”的故事

2024-10-12

<article><section data-type=“rtext”><img data-alt=“制出清洁氢气的同时发现3D石墨烯（显微镜图）。图片来源：Lyten公司” src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/ed04f13020024094ec6636eaebd6d083.jpg?imageView2/2/w/750" /><img data-alt=“CAPist-L1材料呈现多孔的透气结构。图片来源：西湖大学” src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/696dfee909a0df4f4ff41b5eb00ab118.jpg?imageView2/2/w/750" /><img data-alt=“从空气中捕获电力（艺术图）。图片来源：The cool down网站” src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/637322b9fdfea69f6400e8f7cf0040b6.jpg?imageView2/2/w/750" />【今日视点】◎本报记者刘霞德国物理学家威廉·康拉德·伦琴发现X射线、英国微生物学家亚历山大·弗莱明发现盘尼西林……科学史上，偶然发现并不鲜见。科学家在孜孜不倦地追求某个预期目标时，却在不经意间有了其他科学发现。这种“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”的故事不断在科学舞台上演。清洁制氢制出3D石墨烯自2004年惊艳亮相以来，石墨烯一直被誉为“神奇材料”，诸多特性使其在清洁能源应用领域展现出巨大潜力。但美国加州Lyten公司将其应用于电池制造领域却纯属无心之举。据The cool down网站今年稍早时间报道，最初，Lyten公司的开发人员只是希望探究一个问题：是否在不产生排放的情况下，将甲烷和其他温室气体转化为清洁的氢气？结果，他们不仅成功制造出清洁氢气，而且获得了大量固体碳。刚开始，他们不知道这些碳究竟是什么，也不知道如何处理它们。但当他们在显微镜下仔细观察时，惊奇地发现这是一种3D石墨烯的变体。石墨烯原本是二维材料，就像“一张薄纸”，主要与位于其边缘的物质相互作用。但他们的研究意外地发现了一种“揉皱”并使其“变身”为3D石墨烯的方法。这种方法为石墨烯创造了更多边缘和“折痕”，使其能更好地与其他物质相互作用。这项研究为石墨烯的应用开辟了更多可能性，其中最为重要的用途之一是研制锂硫电池。他们期望研制出一种能量密度为锂离子电池两倍以上且重量减轻40%以上的锂硫电池。酒精误用开出“绣球花”由孙立成教授领衔的西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心研究团队，成功合成出可用于电解水制氢的非贵金属催化剂——CAPist-L1。发表在今年8月《自然》杂志的该项研究显示，这种新型催化材料浸在碱性水中，在安培级电流密度下稳定工作超过19000小时后，表面仍能源源不断产生气泡，其催化效率和稳定性远超其他公开报道的催化剂。据孙立成介绍，此次发现纯属偶然。一次，团队成员在利用浸泡法制备镍铁基OER催化剂时，误将乙醇（酒精）当作去离子水使用，结果发现在泡沫镍上长出来的催化剂OER性能极好。电镜观测结果显示，这一催化剂如同花朵般层层叠叠，因此获得了一个浪漫的名字：“绣球花”。基于“绣球花”良好的催化表现，研究团队深入开展理论探索，并不断优化制备方案，成功开发出一种新型催化剂制备工艺，即向溶液中人为加入不溶纳米颗粒，在常温、常压条件下通过简单浸泡法，一步合成出非贵金属催化剂——CAPist-L1。科研团队历经数年探索，一次意外成就了神奇“助攻”。科研探索中，偶然与必然彼此交错，撞击出创新火花。忘插电源收获空气发电机美国马萨诸塞大学阿默斯特分校姚军教授领导的团队，找到了一种从空气中捕获连续电力的方法。该项目的初衷是创建一个湿度传感器。不过，在实验过程中，一名学生忘记了插上电源。研究团队随后意外地发现，直径仅为人头发丝千分之一的微型管阵列，在没有外加电源的情况下产生了电信号。在此基础上，他们研制出一款空气动力发电机系统。简而言之，新装置由导电聚合物的薄片制成，薄片上有直径小于100纳米的微孔。薄片位于玻璃基板之上。空气中的水分子天然携带负电荷离子。当水分子撞击纳米孔顶部并使这些离子脱落时，就会产生电荷梯度，然后被薄膜上下的电极捕获，从而“发电”。目前该团队仍在继续进行这一研究，他们研制出的空气动力设备只有指甲盖那么小，产生的微小电流仅能照亮LED屏幕的单个像素，但它为从空气中收集电力的更大项目奠定了基础。</section></article>