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智能所重金屬離子的電化學分析檢測取得重要進展

發(fā)布日期:2018-04-02
近期,中國科學院智能所黃行九研究團隊與華中師范大學張禮知教授合作,利用X-射線光電子能譜(XPS)結合擴展X-射線吸收精細結構譜(EXAFS),深入研究了啞鈴狀Au/Fe3O4納米顆粒表面的活性Fe(II) 以Fe(II)/Fe(III)循環(huán)形式參與到待測物的氧化還原反應中,從而增強電化學分析行為的檢測機制。
 
鐵基金屬氧化物微/納結構材料由于其特有的催化,吸附和磁學等性能而受到廣泛的關注,其在電化學的分析檢測重金屬離子中也有著廣泛的應用。長期以來,電化學分析都以追求高的靈敏度和低的檢測限為目標,而其中的納米增強機制卻不甚明了,特別是關于小尺寸納米顆粒所表現(xiàn)出來的特殊的優(yōu)異性能研究。而這種揭示大小尺寸納米顆粒差異性的增強機制研究對于今后開發(fā)新型納米材料用于高靈敏的檢測水環(huán)境中的重金屬離子十分有利。
 
更為重要的是,通過XPS技術研究發(fā)現(xiàn)啞鈴狀Au/Fe3O4納米顆粒表面的Fe(II)具有非常高的活性,可以直接將As(III)還原成As(0),相比較而言這種優(yōu)異的氧化還原活性在大尺寸的Fe3O4 (400 nm)上并沒有發(fā)現(xiàn)。通過XPS分析電化學檢測過程中As(III)和Fe(II)的價態(tài)和含量的變化,證明了表面活性Fe(II)是以Fe(II)/Fe(III)循環(huán)參與的As(III)的氧化還原中,從而進一步提高了As(III)的檢測靈敏度。
 
此外,結合EXAFS技術研究二種不同尺寸的Fe3O4 (10和400 nm)的物質(zhì)結構差異,實驗證實小尺寸的Fe3O4表面具有大量的缺陷,而Au的嵌入形成的啞鈴狀的Au/Fe3O4納米顆粒將進一步加大Fe3O4表面Fe-O和Fe-Fe鍵的紊亂,這種結構上的缺陷和紊亂對于小尺寸Fe3O4表面的Fe(II)活性的提高具有重要的意義,也是10 nm Fe3O4 的活性優(yōu)于400 nm Fe3O4的根本原因。
 
該工作利用小尺寸Fe3O4表面Fe(II)活性來提升電化學性能的方法,揭示表面Fe(II)/Fe(III)循環(huán)增強機制對于構筑一個具有獨特的敏感界面,實現(xiàn)重金屬離子的分析檢測具有很好的指導意義。
 
該研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院創(chuàng)新交叉團隊、合肥物質(zhì)科學研究院院長基金等項目及上海同步輻射裝置(BL14W1線站)的支持。
 

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