塞翁失馬，焉知非福——如何從失敗的實驗中挖掘價值？

05-03

結合自己的經歷以及科學網上看到的很多博客，我發現，科學研究中失敗是常有的，而所謂的順利是少有的。其實不光在科研中，在社會生活的方方面面，都存在這種現象。經濟發展，哪個國家不是先經歷一番「摸著石頭過河」，才迎來相對快速的增長。小孩走路，也沒有說一下子就會走的。

在與研究組的低年級同學交流時，我常與大家分享自己的這條經驗。對於初入科研，剛剛開始真正開展實驗的本科生、碩士生來說，需要正確對待失敗的實驗。我這所談的正確對待，不光是不氣餒、再接再厲這麼簡單，而是要去仔細分析失敗的原因，從失敗中找到下次成功的因素。

其實往往在進行一個實驗時，我們以為我們只是在單因素實驗，而有很多細節我們可能都沒有注意到，造成了結果不符合我們的預期。這本質上在於我們對於實驗細節尚沒有諸多的把握。小時候，對於我們喜歡的玩具，我們一定都有過「左看右看，上看下看」的經歷，而現在對待實驗，也要有這樣的態度，「愛」自己的實驗，儘可能去把握自己實驗中的諸多細節。從這個意義上來講，當你認真做實驗時，根本不存在「失敗的實驗」，因為數據本身體現出來的就是「自然哲理」，只是我們能力不夠，不知道為什麼出現了這樣的結果，而僅僅是一句「不符合我的預期」，這不過是「自欺欺人，聊以慰藉」罷了！

那麼，在認真實驗的基礎上，你得出的結論「不符合你的預期」，「看似失敗」，我們應該怎麼做？怎麼反其道而行之，從中發掘價值？我的實驗中這樣的例子經常遇到，在此我僅與大家分享2017年2月-3月間的3次經歷。

(註：本人研究方向為高級氧化技術，目前關注電化學體系O2電還原製備H2O2的研究，因此如下的分析大多與強化O2的擴散、H2O2的擴散有關。)

案例1

第1次，使用泡沫碳陰極，在非流動反應器中能很好地產生H2O2。本對流動反應器充滿了期待，但在流動反應器中，費了一番周折，才發現O2傳質不好，電極上開孔後才解決了氣泡累積問題，能較好地產生H2O2。

想法歷程：本來眼看著這兩個反應器中的數據關聯不起來，但有一天轉念一想，如此常見的2個反應器，何不對比研究。一個在攪拌下可達到優良的O2傳質，但pH確是中性；一個可自發產生pH=2-3的局域環境，但O2傳質卻不好。

案例2

第2次，在「脈衝電流抑制H2O2在多孔陰極內分解」部分研究中，在發現2sON+2sOFF能極大提升H2O2產量時，興緻滿滿地繼續縮短脈衝頻率，而「0.1s+0.1s」，幾乎沒有產量！（如左圖）這就非常有趣了。最後，經過整理數據，提出了一個「火山型」的曲線圖（如右圖）。

案例3

第3次，在驗證「雙機制產H2O2」問題時，對照試驗的結果很奇怪，遠低於原來的結果，我以為是一次「無緣無故」的失敗！隨便翻看原來的筆記，還好記錄了電極的順序，下面是多孔陰極，上面是陽極。而我這次多孔陰極是在上面。這有差別嗎？仔細想想，沒錯，有差別！多孔陰極在下面時，強烈的攪拌作用很可能使陰極內H2O2加速擴散到主體中，從而減弱電還原這一無效途徑於是，弄巧成拙，這組數據又能作為論文里的又一關鍵依據。

最近感覺自己的實驗可控性增強了，原因可能是實驗中更多原以為「無關緊要」的細節都能看在眼裡了。