作者 李傳福 史湘綺

在人類對自然界的無盡探索中，我們總能發現一些令人驚嘆的現象，它們往往隱藏在最不起眼的角落。比如，一個普通的西瓜皮，可能在大多數人眼中只是垃圾，但在科學家的眼中，它卻是一個蘊含著無限可能的寶庫。近日，西湖大學孫立成教授團隊的一項突破性研究，就將西瓜皮推上了科研的前臺，揭示了它在離子傳輸領域的潛在應用。

故事的起點有些滑稽。孫立成教授團隊的唐堂博士抱著一個速凍后的西瓜，本想快速降溫，卻意外得到了一個堅硬如鐵的西瓜。解凍后，西瓜皮膜一碰就掉，這個看似尷尬的瞬間，卻激發了唐堂博士的靈感。他意識到，這層薄薄的西瓜皮膜，可能就是他們一直在尋找的離子傳輸膜的理想材料。

剝離解凍后的西瓜皮膜 圖源：西湖大學

在電化學二氧化碳還原反應中，離子傳輸膜的作用至關重要。它不僅影響能源轉換效率，還直接關系到產物收集的成本。現有的離子傳輸膜存在多種局限，如能量效率低、依賴昂貴的催化劑、產物收集成本高等。因此，開發新型高效的離子傳輸膜，是科研人員一直在努力的方向。

孫立成教授團隊發現，西瓜皮膜在冷凍剝離后，只剩下大約75微米的厚度。這種天然的膜材料，在電化學二氧化碳還原反應中展現出了卓越的性能。

西瓜皮膜示意圖 來源：西湖大學

他們通過深入研究西瓜皮的生物學特性，揭示了其離子選擇性的機制。研究發現，西瓜皮細胞壁中的纖維素和果膠，形成了具有特定孔徑的三維通道，這些通道只允許氫氧根離子通過，而排斥了酸根離子。

研究團隊進一步發現，西瓜皮膜中的果膠通過其表面的羥基官能團形成結合水，促進水分子之間形成連續的氫鍵網絡。這種網絡不僅加速了氫氧根離子的傳輸，還有效地阻止了酸根離子的通過。這一發現，為設計新型離子傳輸膜提供了重要的理論基礎。

西瓜皮膜內的“離子選擇性傳輸機制”示意圖 來源：西湖大學

孫立成團隊不僅在理論上取得了突破，還將這些發現應用到了實際的膜材料制備中。他們利用西瓜皮膜的機理，設計并制備了新型的離子傳輸膜，這些膜在電解水和電化學二氧化碳還原反應中展現出了超高性能。

這項研究再次證明了自然界的無限智慧。一個看似普通的西瓜皮，竟然蘊含著解決能源轉換效率問題的關鍵。孫立成團隊的這項工作，不僅是對西瓜皮的一次深刻解讀，更是對自然界的一次崇高致敬。他們的發現，不僅推動了科學的進步，也為我們提供了一種全新的視角，去觀察和理解我們周圍的世界。

來源: 李傳福