早在2019年，斯坦福大學的研究人員揭示了一項令人驚訝地發現。團隊注意到，過氧化氫（H₂O₂，俗稱雙氧水），也就是一種常用于消毒表面或者漂白頭發的腐蝕性物質，會在平平無奇的水（H₂O）的微觀液滴中自發形成。

此後，科學家一直在努力探索這種反應是如何發生的，以及它的一些潛在應用，比如可能帶來的更環保的清潔方法。

直到近期，一項由美國斯坦福大學、中國江漢大學、武漢大學，以及中國科學院的研究人員合作最新的研究顯示，當噴出的水的微液滴碰到固體表面時，會産生一種被稱為接觸起電的現象。

電荷在液體和固體兩種材料之間跳躍，從而産生不穩定的分子碎片，也叫活性氧類（ROS）。這些被稱為羟自由基（OH）的分子碎片，随後可以成對結合形成過氧化氫，雖然數量極少，但可以檢測得到。

這項新研究進一步證明，産生過氧化氫的接觸起電似乎是水-固體界面的一個普遍現象。當水接觸到土壤顆粒以及大氣中的細小顆粒時，這一過程就會潮濕的環境中發生。在自然形成的微液滴的任何地方，比如霧氣和雨滴中，水都可以轉化為少量的活性氧類，過氧化氫就是其中一個典型例子。

這項研究讓科學家對是什麼導緻了這種過氧化氫的形成有了前所未有的深入了解。論文已于近日發表在《美國國家科學院院刊》上。

過氧化氫的來源

為了進行這項研究，研究人員制作了一個玻璃儀器，其中有可以注入水的微型通道。這些通道形成了一個密閉的水-固邊界。

團隊用灌入了水和一種在過氧化氫存在時就會發光的熒光染料。一項實驗顯示，在玻璃微流控通道中存在這種刺激性的化學物質，但在同樣含有該染料的大量水樣本中卻不存在。而更多實驗表明，過氧化氫在幾秒鐘内就會在水和固體之間的邊界迅速形成。

為了衡量H₂O₂中的額外氧原子究竟是來自與玻璃的反應，還是來自H₂O本身，研究人員接着對一些微流控通道的玻璃内襯進行了處理。

這些處理過的通道含有一種更重的氧的同位素，被稱為氧-18或¹⁸O。通過比較來自處理過的和未處理過的通道的水和過氧化氫流體的反應後混合物，結果顯示，前者包含着¹⁸O的信号，這暗示着，固體正是羟自由基中的氧的來源，并最終出現在過氧化氫中。

新的發現可能有助于解決科學界的一些争論。其他一些研究強調，過氧化氫的産生主要是通過與臭氧氣體（O₃）的化學作用，以及一個叫作空化的過程，也就是在加速的液體中的低壓區域産生蒸汽氣泡。而現在研究人員則指出，兩個過程都會明顯産生過氧化氫，而且量相對較大。

換句話說，所有這些過程都有助于過氧化氫的産生，但目前的研究證實，這種産生同樣來自内在因素，微液滴通過接觸起電與固體表面相互作用。

季節性呼吸道病毒

研究人員相信，這項研究成果實際上有着應用的巨大前景。

當生病的人咳嗽、打噴嚏、唱歌，甚至隻是說話時，病毒性呼吸道感染會以液滴形式通過空氣傳播。這些感染往往在冬季激增，而在夏季減弱，這種趨勢部分是由于人們在寒冷的季節會花上更多的時間在近距離的、可傳播的室内。

然而，對于工作、學習和睡眠這些部分，人們實際上在炎熱天氣的幾個月中在室内花費的時間也差不多一樣多。而新研究的發現為冬季與更多流感病例的相關原因提供了一種可能的解釋。

在這種情況下，起作用的關鍵變量是濕度，也就是空氣中的水含量。在夏季，較高的室内相對濕度水平（與室外溫暖空氣中較高的濕度有關）可能有助于液滴中的活性氧有足夠的時間殺死病毒。與此相反，在冬季，當建築物内的空氣被加熱且濕度降低時，液滴在活性氧類能夠作為消毒劑發揮作用之前就已經被蒸發了。

接觸起電提供了一個化學基礎，可以部分解釋為什麼病毒性呼吸道疾病具有季節性的特征。因此，未來的研究還計劃調查建築物中的室内濕度水平與傳染病的存在和傳播之間的聯系。

參考來源：

https://news.stanford.edu/2022/08/01/benign-water-transforms-harsh-hydrogen-peroxide/

封面圖&首圖來源：Min An, pexel

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