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合肥研究院揭示缺陷型纳米材料活性位点电化学传感机制构效关系-亚博APP安全有保障

本文摘要:近期,中国科学院合肥物质科学研究院合肥智能机械研究所黄行九团队利用表面具备大量氧空位的TiO2?x纳米片构建对重金属离子高灵敏的电化学检测,详尽阐释了纳米材料活性位点与电化学不道德之间的构效关系。

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近期,中国科学院合肥物质科学研究院合肥智能机械研究所黄行九团队利用表面具备大量氧空位的TiO2?x纳米片构建对重金属离子高灵敏的电化学检测,详尽阐释了纳米材料活性位点与电化学不道德之间的构效关系。此外,该研究还对重金属离子检测阻碍机制展开了了解的探寻,并明确提出了“电子诱导阻碍机制”原理。纳米材料已被普遍应用于电分析化学中,但在纳米材料活性位点与电化学传感机制的构效关系上,仍缺少原子层面的说明。

由于电化学分析原理的内在原因,重金属离子之间的互相阻碍是电化学检测领域中不能规避的问题。尤其是当两种离子之间的溶出电势差较小时,再次发生还原成反应中不会共沉淀构成金属间化合物,从而对待检测离子产生阻碍。在以往的报导中,当两种离子的溶出电势差差距较小时,例如Cu(II)与Cd(II),其电势差约为700mV,也仔细观察到了阻碍现象,其原因也归结富含过程所产生的共沉淀金属间化合物。在前期的工作中,黄行九团队早已找到了TiO2表面掺入氧空穴调控(001)晶面的表面电子结构唤起了惰性半导体纳米材料对重金属离子的检测活性。

基于此,研究人员通过调控反应物中HF的比例,制取了具备大量表面氧空位的TiO2?x纳米片。通过高分辨入射电子显微镜(HRTEM)、X射线散射(XRD)、纳曼光谱显微镜光学、电子顺磁共振(ESR)、X射线光电子能谱(XPS)等多种技术说明了了纳米材料活性位点与电化学传感性能的构效关系。实验证实,高能(001)晶面的曝露比例、氧空位浓度、表面-OH含量以及载流子浓度对电化学传感有一定的促进作用,但当氧空位缺失浓度过低时有可能造成材料结晶性变短,诱导电子传输。

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在离子并存体系中,研究人员利用实时电磁辐射技术(EXAFS),从原子层面上系统地阐释了Cd(II)对Cu(II)的阻碍原因。研究指出,Cd(II)需要增进电子从TiO2?x纳米片表面向Cu(II)的移往,同时,Cu(II)的不存在快速增长了Cu-O的键长,造成解吸能减少。这些找到为从原子层面上发展高灵敏纳米材料和研究电化学检测阻碍机制奠下了基础。涉及研究成果公开发表在AnalyticalChemistry上。

该研究获得了国家自然科学基金、中科院创意交叉团队等的资助及上海实时电磁辐射装置(BL14W1线站)的反对。a),四个TiO2?x纳米片样品的透射电镜图;b),ESR序;c),(001)晶面的表面原子结构示意图;d),Cd(II)对Cu(II)电化学溶出峰电流的阻碍;e),阻碍机制示意图;f),归一化的k空间Cu-k边EXAFS序;g),标准化的R空间Cu-k边EXAFS序。

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