智能所等發現納米金屬氧化物對重金屬離子的電化學響應

　　近期，中科院合肥物質科學研究院合肥智能機械研究所研究人員與中國科技大學微尺度國家實驗室李群祥教授合作，從納米金屬氧化物晶面的角度設計對重金屬離子的高靈敏電化學傳感界面，其研究結果不僅提出了從源頭上，即從晶面的角度、在原子級別上設計高靈敏電化學敏感界面的新思路，而且揭示了納米材料增強電化學響應的本質所在。該研究成果近期被Nature出版集團的《科學報告》(Sci. Rep. 3, 2886; DOI: 10.1038/srep02886 (2013)接收發表。

　　納米材料通常被用來實現對水中微量重金屬離子的高靈敏電化學響應。目前的相關研究中，有大量關于應用納米貴金屬以及導電納米碳材料作為修飾劑實現對重金屬離子的電化學檢測的報道。人們通常將這種增強的電化學信號歸因于納米材料的大比表面積，而對于納米材料增強電化學響應的本質尤其是如何從原子級別上設計高靈敏電化學敏感界面卻鮮有報道。

　　近三年來，中科院合肥研究院智能所仿生功能材料與傳感器件研究中心“973”首席科學家劉錦淮研究員和中科院“引進海外杰出人才”黃行九研究員率領的課題組利用非貴金屬即金屬氧化物納米材料實現了對水中重金屬離子的超靈敏電化學響應，并提出了納米材料的選擇性電化學行為與吸附性能的相關性。

　　在前期研究基礎上，智能所課題組研究人員與中國科技大學微尺度國家實驗室李群祥教授合作，將電分析化學與理論模擬計算有機地結合起來，提出從原子級別上，從納米金屬氧化物晶面的角度設計對重金屬離子的高靈敏電化學傳感界面。研究人員發現，重金屬離子如Pb2+在四氧化三鈷納米晶(111)面的靈敏度要明顯優于(001)面;吸附實驗表明，四氧化三鈷納米晶(111)面比(001)面能吸附更多的金屬離子(adsorption capacity);模擬計算結果表明，相對于(001)面，四氧化三鈷納米晶(111)面對Pb2+表現出較大的吸附能、較多的吸附位點、以及離子在其表面較低的擴散勢壘。評審人認為“實驗結果很有趣并且很好地得到理論計算的支持(The results are interesting and quite nicely supported by DFT calculations)”。

　　以上研究工作得到了國家重大科學研究計劃項目、中科院“百人計劃”項目以及合肥物質科學技術中心方向項目等的支持。

四氧化三鈷納米晶對Pb2+離子電化學響應的晶面效應