科学家发现，水滴在冷凝时可以转化为过氧化氢

无论是在浴缸里还是在海洋里，水是一种相对无害的物质，几乎没有化学活性。但斯坦福大学的研究人员发现，在微小水滴的尺度下，水可以变得惊人地具有活性。

在只有百万分之一米宽的微小水滴中，存在的一部分水分子可以转化为一种化学物质——过氧化，过氧化氢是一种通常用作消毒剂和漂白剂的刺激性化学物质。

现在，在一项新的研究中，研究小组表明，当微滴从空气中凝结到寒冷的表面上时，同样的转变也会发生。新的结果表明，水的过氧化氢转化是一种普遍现象，在雾、雾、雨滴和其他自然形成的微滴中发生。

这一惊人的发现可能会导致更绿色的方法来消毒或促进化学反应。“我们已经证明，在水滴中形成过氧化氢的过程是一个广泛而令人惊讶的现象，就在我们眼皮底下发生着，”斯坦福大学人文与科学学院的化学教授、自然科学玛格丽特·布莱克·威尔伯教授、研究资深作者理查德·扎尔说。

研究人员还推测，水的这种化学能力可能在数十亿年前启动地球上生命的化学过程中发挥了关键作用，也可能在生命出现之前产生了地球上的第一个大气氧气。“这种过氧化氢的自发产生可能是生命早期形成过程中缺失的一部分，”扎尔说。

这项新研究发表在《美国国家科学院院刊》上，共同的主要作者是斯坦福大学的科学家李宰九和韩玄秀。

去年，李和韩与扎尔和其他斯坦福大学的同事一起，首次发现了水微滴中过氧化氢的产生。一些审阅了研究结果的外部研究人员表示怀疑，这种潜在的普遍现象可能已经很久没有被发现了。关于过氧化氢到底是如何形成的争论也随之而来。

争论在于，人们研究水气溶胶已经很多年了，当然，水无处不在，从现代科学的黎明开始，人们就对水进行了深入的研究，所以如果这种过氧化氢在微滴中形成是真实的，肯定有人已经看到了。“这让我们想要进一步探索这一现象，看看在其他情况下它可能会发生，同时了解更多的基本化学知识”，研究人员说。

扎尔和他的同事决定研究冷凝现象，在这种情况下，微滴很容易自然形成，而不需要像喷雾器这样的外力。当空气中的水蒸气接触较冷的表面后转变成液体时，就发生冷凝。

斯坦福大学的研究小组将水冷凝在多种材料表明，包括硅、玻璃、塑料和金属。然后，研究人员在凝结水上擦去一条在过氧化氢存在下会变色的试纸。果然，带子变成了蓝色。由于表面温度和测试室内的相对湿度等因素，形成的低但可检测到的过氧化氢含量（百万分之几）有所不同。研究人员还注意到，在微小水滴中形成的过氧化氢随着水滴尺寸的增大而被稀释，这也许可以解释为什么这种化学变化被忽视了这么久。

新的实验也支持了研究人员关于过氧化氢是如何形成的最初假设。他们证明了在液滴周围的水和空气界面产生的强电场似乎激活了水分子，形成了各种所谓的活性氧。这些物质是不稳定的分子片段，可以快速地与其他分子反应生成过氧化氢。

扎尔说，这种微液滴级别的化学物质可能在4亿多年前就已经使地球上从非生命到生命的化学转变成为可能。生命的起源有一种“先有鸡还是先有蛋”的困境，加速化学反应的催化剂分子，似乎是启动生命化学的必要条件，需要生命本身首先制造催化剂分子。但是，过氧化氢的自然生成可能反而促进了反应，导致分子构建块最终组装成复杂的、自我复制的实体。

这种古老而广泛的化学反应甚至可能在生物通过光合作用产生氧气之前就为早期生命提供了氧气（因为过氧化氢分解成水和氧分子）。

目前，研究人员正在研究如何利用微滴产生的过氧化氢来进行清洁和消毒。扎尔提出了一种有趣的可能性，即利用微滴及其伴随的过氧化氢从表面消除新冠病毒。