科學發現中“無心插柳柳成蔭”的故事

制出清潔氫氣的同時發現3D石墨烯（顯微鏡圖）。圖片來源：Lyten公司

CAPist-L1材料呈現多孔的透氣結構。圖片來源：西湖大學

從空氣中捕獲電力（藝術圖）。圖片來源：The cool down網站

德國物理學家威廉·康拉德·倫琴發現X射線、英國微生物學家亞歷山大·弗萊明發現盤尼西林……科學史上，偶然發現并不鮮見。科學家在孜孜不倦地追求某個預期目標時，卻在不經意間有了其他科學發現。

這種“有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭”的故事不斷在科學舞臺上演。

清潔制氫制出3D石墨烯

自2004年驚艷亮相以來，石墨烯一直被譽為“神奇材料”，諸多特性使其在清潔能源應用領域展現出巨大潛力。但美國加州Lyten公司將其應用于電池制造領域卻純屬無心之舉。

據The cool down網站今年稍早時間報道，最初，Lyten公司的開發人員只是希望探究一個問題：是否在不產生排放的情況下，將甲烷和其他溫室氣體轉化為清潔的氫氣？

結果，他們不僅成功制造出清潔氫氣，而且獲得了大量固體碳。剛開始，他們不知道這些碳究竟是什么，也不知道如何處理它們。但當他們在顯微鏡下仔細觀察時，驚奇地發現這是一種3D石墨烯的變體。

石墨烯原本是二維材料，就像“一張薄紙”，主要與位于其邊緣的物質相互作用。但他們的研究意外地發現了一種“揉皺”并使其“變身”為3D石墨烯的方法。這種方法為石墨烯創造了更多邊緣和“折痕”，使其能更好地與其他物質相互作用。

這項研究為石墨烯的應用開辟了更多可能性，其中最為重要的用途之一是研制鋰硫電池。他們期望研制出一種能量密度為鋰離子電池兩倍以上且重量減輕40%以上的鋰硫電池。

酒精誤用開出“繡球花”

由孫立成教授領銜的西湖大學人工光合作用與太陽能燃料中心研究團隊，成功合成出可用于電解水制氫的非貴金屬催化劑——CAPist-L1。發表在今年8月《自然》雜志的該項研究顯示，這種新型催化材料浸在堿性水中，在安培級電流密度下穩定工作超過19000小時后，表面仍能源源不斷產生氣泡，其催化效率和穩定性遠超其他公開報道的催化劑。

據孫立成介紹，此次發現純屬偶然。一次，團隊成員在利用浸泡法制備鎳鐵基OER催化劑時，誤將乙醇（酒精）當作去離子水使用，結果發現在泡沫鎳上長出來的催化劑OER性能極好。電鏡觀測結果顯示，這一催化劑如同花朵般層層疊疊，因此獲得了一個浪漫的名字：“繡球花”。

基于“繡球花”良好的催化表現，研究團隊深入開展理論探索，并不斷優化制備方案，成功開發出一種新型催化劑制備工藝，即向溶液中人為加入不溶納米顆粒，在常溫、常壓條件下通過簡單浸泡法，一步合成出非貴金屬催化劑——CAPist-L1。

科研團隊歷經數年探索，一次意外成就了神奇“助攻”。科研探索中，偶然與必然彼此交錯，撞擊出創新火花。

忘插電源收獲空氣發電機

美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校姚軍教授領導的團隊，找到了一種從空氣中捕獲連續電力的方法。

該項目的初衷是創建一個濕度傳感器。不過，在實驗過程中，一名學生忘記了插上電源。

研究團隊隨后意外地發現，直徑僅為人頭發絲千分之一的微型管陣列，在沒有外加電源的情況下產生了電信號。

在此基礎上，他們研制出一款空氣動力發電機系統。簡而言之，新裝置由導電聚合物的薄片制成，薄片上有直徑小于100納米的微孔。薄片位于玻璃基板之上。空氣中的水分子天然攜帶負電荷離子。當水分子撞擊納米孔頂部并使這些離子脫落時，就會產生電荷梯度，然后被薄膜上下的電極捕獲，從而“發電”。

目前該團隊仍在繼續進行這一研究，他們研制出的空氣動力設備只有指甲蓋那么小，產生的微小電流僅能照亮LED屏幕的單個像素，但它為從空氣中收集電力的更大項目奠定了基礎。

（原標題：科學發現中“無心插柳柳成蔭”的故事）