金磊 發自 凹非寺
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冬天容易感冒咳嗽得流感。
但這背後到底是什麼原因？
一項來自斯坦福的研究揭開了這個問題其中的一層神秘面紗，而且結果可以説是令人意想不到。
因為它正是我們再熟悉不過的——水（H2O）。
沒錯，這項研究正是揭示了水所具有的一個神奇能力：
在一定條件下，可以自發地變成過氧化氫（H2O2）。
過氧化氫，俗稱雙氧水，其比較常見的“用武之地”便是消毒了。
難道説，現在“灑灑水就能消毒”了嗎？為什麼冬天水的消毒作用會變弱了呢？
別急，我們現在就來一探究竟。
H2O是如何自發變成H2O2的？水分子轉變成過氧化氫，從化學式層面上來看，就是往H2O上加個O，變成H2O2。
但事實上，要在原子層面上打斷一個共價鍵，然後添上去一個氧原子，並非是一件易事。
而斯坦福大學的一個研究團隊，卻非要“死磕”這個難題，決定用非常簡單的方式去實現這個轉變。
團隊在研究過程中卻意外地發現了一個奇妙的現象：
水分子自己就能變成過氧化氫啊！
於是，這項研究就在2019年發表在了《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
當然，這個過程還需要一些限定條件。
那就是需要將大體積的水，霧化成直徑為1μm-20µm的微滴，這樣就純水就可以自發的變成過氧化氫了。
而且當時的這項研究還表明，微滴越小，按比例產生的過氧化氫就越多。
基於此，團隊表示：
這種無催化劑、無電壓的生產方法，為綠色生產過氧化氫提供了創新機會。
雖然結論較為驚人和意外，但與此同時，研究也遭到了其他學者的質疑。
例如來自阿卜杜拉國王科技大學大的Himanshu Mishra發表文章稱：
沒有臭氧，就無法檢測到水微滴中的過氧化氫。
其它研究的質疑點，同樣也是強調過氧化氫生成的主要原因是與臭氧、氧氣的化學相互作用等。
然而面對質疑，斯坦福團隊並沒有立刻展開“反擊”，而是選擇潛心繼續研究。
終於在今年開始，陸陸續續發表文章“攻破”其它學者提出的種種質疑。
而就在PNAS上最新發表的一項研究，更是揭示了這一過程的化學基礎。
在這項研究中，團隊表示：
當噴射的微水滴撞擊固體表面時，會產生一種名為接觸起電（contact electrification）的現象。
具體來説，就是電荷會在液體和固體兩種材料之間“跳躍”，從而產生不穩定的分子碎片，即活性氧（reactive oxygen species）。
這其中就包含三電子還原產物羥基自由基（·OH），它們成對後便可結合生成過氧化氫。
團隊對此表示“雖然數量極少，但是還是可以被檢測出來”。
具體的過程則是通過質譜法，檢測4-羧基苯基硼酸與表面18O2等離子體處理產生的18O標記的H2O2反應產物中的18O，證實了羥基參與H2O2的生成。
而且團隊在這項研究中還進一步表明：
在潮濕的環境中，當水接觸土壤顆粒和大氣中的細顆粒時，這個過程就會發生。
並且這些額外的發現還表明，無論微滴在哪裏自然形成（包括在霧和雨滴等），水都可以轉化為少量的諸如過氧化氫這類的活性氧。
但這項研究的意義不僅僅發現水變成雙氧水過程化學基礎這麼簡單，更是可以解釋與多數人息息相關的生活現象。
季節性呼吸道疾病與此有關相比於夏天，感冒流感等呼吸系統疾病（潛在的還包括新冠）在冬天爆發的幾率會更高一些。
雖然一部分的原因，是因為人們在冬季更多時間是在室內活動，會更距離接觸傳染源。
但不論是在哪個季節，人們工作、學習和睡覺，基本上都是在室內。
斯坦福團隊基於最新的這項研究，便得出了另一種結論：
與濕度（即空氣中的水分含量）有關。
具體而言，夏天室內空氣的濕度會比較高，這就有利於液滴中的活性氧有足夠的時間殺死病毒。
相反，人們冬天在室內為了取暖，往往會採取一系列加熱的行為，這就會使空氣中的濕度降低。
於是，液滴在活性氧起消毒作用之前就蒸發了。
對此，研究團隊表示：
這一過程的化學基礎，部分解釋了為什麼病毒性呼吸道疾病具有季節性。
未來的研究應該聚焦在建築物室內濕度水平與傳染病的存在和傳播之間的聯繫。
在這一系列研究項目的背後，核心研究人員是來自斯坦福大學的Richard Zare教授。
他出生於1939年，在哈佛大學取得學士、博士學位，並於1977年入職斯坦福化學系。
在2006年，Zare還專門開設了一門課程，將物理學和生物學結合起來，探索生命系統如何利用分子與光的相互作用來實現視覺、光合作用等等。
目前，Zare的實驗室致力於探索物理和分析化學的廣泛問題，從基本化學反應的研究到地外物質的納米級化學分析。
而在此次最新的研究中，作者還包括來自江漢大學、武漢大學和中科院的中國學者。
參考鏈接：
[1]https://news.stanford.edu/2022/08/01/benign-water-transforms-harsh-hydrogen-peroxide/
[2]https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2209056119[3]https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1911883116[4]https://profiles.stanford.edu/dick-zare[5]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1734928445039540565&wfr=spider&for=pc— 完 —
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