納米FeO不同形貌對重金屬離子電化學檢測差異性作用機制

　　近期，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研究員黃行九課題組從納米材料表面吸附位點的角度，詳細研究了重金屬離子與不同形貌的Fe2O3納米材料的作用機制，并成功實現對Pb(II)的高靈敏檢測。相關研究成果已發表于Electrochimica Acta (2018, DOI: 10.1016/j.electacta.2018.08.069)。

　　鐵基金屬氧化物微/納結構材料由于具有催化、吸附和磁學等優異性能而備受科研工作者的青睞，在電化學分析檢測無機重金屬離子方面有著廣泛的應用。一直以來，電化學分析手段都是以追求高的靈敏度和低的檢測下限為目標，再根據吸附性能給出合理的機理解釋。但是電化學現象與吸附之間的內在關聯還不甚明了，例如大的比表面積和特異性的吸附位點在電化學中的影響機制還有待進一步的研究。開展基于電化學吸附的更深層次的探究工作對今后開發新型微/納結構材料，用于高靈敏性電化學分析檢測水環境中無機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)對電化學檢測Pb(II)的影響，并將它們的電化學檢測行為與吸附容量和吸附位點緊密聯系起來，從而揭示了電化學現象與二者之間的關系。研究結果表明，Fe2O3納米棒對Pb(II)的電化學響應要顯著優于Fe2O3空心納米塊。為了更深入地探究不同形貌的三氧化二鐵產生顯著電化學差異的原因，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結果顯示，空心納米塊具有更大的比表面積，但是XPS的結果表明Fe2O3納米棒可以吸附更多的Pb(II)。XPS研究發現這是由于納米棒表面暴露的羥基(-OH)數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與重金屬離子結合，從而提高電化學檢測的效果。結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，即-OH的暴露，吸附位點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行為。這種不同的吸附位點的暴露導致不同形貌的Fe2O3對Pb的吸附存在著顯著的差異，從而直接影響兩種Fe2O3電化學檢測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對電化學現象的影響，對深入理解電化學行為與吸附位點之間的關系具有重大意義，為今后開發新型的納米材料用于電化學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基金重點項目、大科學裝置聯合基金、中科院創新交叉團隊等的支持。