科技日報記者 劉霞

德國物理學(xué)家威廉·康拉德·倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、英國微生物學(xué)家亞歷山大·弗萊明發(fā)現(xiàn)盤尼西林……科學(xué)史上，偶然發(fā)現(xiàn)并不鮮見。科學(xué)家在孜孜不倦地追求某個預(yù)期目標(biāo)時，卻在不經(jīng)意間有了其他科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

這種“有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭”的故事不斷在科技舞臺上演。

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(yù)為“神奇材料”，諸多特性使其在清潔能源應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。但美國加州Lyten公司將其應(yīng)用于電池制造領(lǐng)域卻純屬無心之舉。

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

結(jié)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(dāng)他們在顯微鏡下仔細(xì)觀察時，驚奇地發(fā)現(xiàn)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(zhì)相互作用。但他們的研究意外地發(fā)現(xiàn)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(chuàng)造了更多邊緣和“折痕”，使其能更好地與其他物質(zhì)相互作用。

這項(xiàng)研究為石墨烯的應(yīng)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(lǐng)銜的西湖大學(xué)人工光合作用與太陽能燃料中心研究團(tuán)隊(duì)，成功合成出可用于電解水制氫的非貴金屬催化劑——CAPist-L1。發(fā)表在今年8月《自然》雜志的該項(xiàng)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(wěn)定工作超過19000小時后，表面仍能源源不斷產(chǎn)生氣泡，其催化效率和穩(wěn)定性遠(yuǎn)超其他公開報道的催化劑。

據(jù)孫立成介紹，此次發(fā)現(xiàn)純屬偶然。一次，團(tuán)隊(duì)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(dāng)作去離子水使用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在泡沫鎳上長出來的催化劑OER性能極好。電鏡觀測結(jié)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(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)深入開展理論探索，并不斷優(yōu)化制備方案，成功開發(fā)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(tuán)隊(duì)歷經(jīng)數(shù)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(chuàng)新火花。

忘插電源收獲空氣發(fā)電機(jī)

美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校姚軍教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，找到了一種從空氣中捕獲連續(xù)電力的方法。

該項(xiàng)目的初衷是創(chuàng)建一個濕度傳感器。不過，在實(shí)驗(yàn)過程中，一名學(xué)生忘記了插上電源。

研究團(tuán)隊(duì)隨后意外地發(fā)現(xiàn)，直徑僅為人頭發(fā)絲千分之一的微型管陣列，在沒有外加電源的情況下產(chǎn)生了電信號。

在此基礎(chǔ)上，他們研制出一款空氣動力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。簡而言之，新裝置由導(dǎo)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(fù)電荷離子。當(dāng)水分子撞擊納米孔頂部并使這些離子脫落時，就會產(chǎn)生電荷梯度，然后被薄膜上下的電極捕獲，從而“發(fā)電”。

目前該團(tuán)隊(duì)仍在繼續(xù)進(jìn)行這一研究，他們研制出的空氣動力設(shè)備只有指甲蓋那么小，產(chǎn)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(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。