近期，智能所黃行九研究員課題組從納米材料表面吸附位點(diǎn)的角度，詳細(xì)研究了重金屬離子與不同形貌的Fe₂O₃納米材料的作用機(jī)制，并成功實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb(II)的高靈敏檢測。相關(guān)的研究成果已發(fā)表在Electrochimica Acta (2018, DOI: 10.1016/j.electacta.2018.08.069)。 

　　鐵基金屬氧化物微/納結(jié)構(gòu)材料由于具有催化、吸附和磁學(xué)等優(yōu)異性能而備受科研工作者的青睞，在電化學(xué)分析檢測無機(jī)重金屬離子方面有著廣泛的應(yīng)用。一直以來，電化學(xué)分析手段都是以追求高的靈敏度和低的檢測下限為目標(biāo)，再根據(jù)吸附性能給出合理的機(jī)理解釋。但是電化學(xué)現(xiàn)象與吸附之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)還不甚明了，例如大的比表面積和特異性的吸附位點(diǎn)在電化學(xué)中的影響機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究。開展基于電化學(xué)吸附的更深層次的探究工作對(duì)今后開發(fā)新型微/納結(jié)構(gòu)材料，用于高靈敏性電化學(xué)分析檢測水環(huán)境中無機(jī)重金屬離子非常有利。 

　　研究人員基于上述問題，研究了不同形貌的三氧化二鐵(Fe₂O₃納米棒和空心納米塊)對(duì)電化學(xué)檢測Pb(II)的影響，并將它們的電化學(xué)檢測行為與吸附容量和吸附位點(diǎn)緊密聯(lián)系起來，從而揭示了電化學(xué)現(xiàn)象與二者之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，Fe₂O₃納米棒對(duì)Pb(II)的電化學(xué)響應(yīng)要顯著的優(yōu)于Fe₂O₃空心納米塊。為了更深入的探究不同形貌的三氧化二鐵產(chǎn)生顯著電化學(xué)差異的原因，研究人員利用BET和XPS分別研究比較了二者的比表面積和吸附容量的差異。BET結(jié)果顯示，空心納米塊具有更大的比表面積，但是XPS的結(jié)果表明Fe₂O₃納米棒可以吸附更多的Pb(II)。XPS研究發(fā)現(xiàn)這是由于納米棒表面暴露的羥基(-OH)數(shù)目要明顯高于空心納米塊，而表面暴露的羥基可以作為吸附位點(diǎn)與重金屬離子結(jié)合，從而提高電化學(xué)檢測的效果。結(jié)合空心納米塊和納米棒暴露的晶面分析，暴露(010)晶面的納米棒較暴露(006)的空心納米塊具有更多的吸附位點(diǎn)，即-OH的暴露，吸附位點(diǎn)的暴露使得納米棒可以吸附更多的Pb(II)，從而具有更好的電化學(xué)行為。這種不同的吸附位點(diǎn)的暴露導(dǎo)致不同形貌的Fe₂O₃對(duì)Pb的吸附存在著顯著的差異，從而直接影響二種Fe₂O₃電化學(xué)檢測Pb的不同。 

　　該工作從比表面積和吸附容量的角度揭示了吸附位點(diǎn)對(duì)電化學(xué)現(xiàn)象的影響，對(duì)深入理解電化學(xué)行為與吸附位點(diǎn)之間的關(guān)系具有重大意義，為今后開發(fā)新型的納米材料用于電化學(xué)分析檢測提供了新的方法思路。 

　　該研究工作獲得國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、大科學(xué)裝置聯(lián)合基金、中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的支持。 

　　文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468618319534  

圖1. Fe₂O₃納米棒和空心納米塊的合成以及重金屬離子在其表面的作用方式和實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb(II)檢測的示意圖