近日，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所“百人計劃”黃行九研究員和“973”首席科學家劉錦淮研究員帶領的研究團隊成功地實現了小于20納米的四氧化三鐵納米顆粒晶面可控生長，并以此實現對磁性的精確調制和電化學行為的調控，揭示了電化學檢測砷污染過程中的納米晶面效應。
環境中砷污染物的檢測是一個重要的研究課題，一直備受關注。電化學檢測由于其本身具有快速、高靈敏、便攜等優點成為檢測水中砷污染物的重要方法之一，常規的電化學檢測大部分采用了比較昂貴的貴金屬電極（如金、鉑等）。智能所的研究人員致力于發展氧化物納米材料取代貴金屬電極，并取得了初步的研究成果（Analytical Chemistry, 2013, 85, 2673-2680）。
為了進一步揭示氧化物納米材料取代貴金屬的高靈敏電化學響應機制，研究人員對修飾電極的納米四氧化三鐵材料的尺寸和形貌進行了調控，合成了15納米左右的方形與圓形納米片，分別暴露(001)和(111)晶面，并將其用于水中的As(III)的電化學分析。實驗結果表明，As(III)在四氧化三鐵納米片(001)晶面上的電化學響應信號強度是在(111)晶面上的3.5倍。同時，研究人員將電分析化學與理論模擬計算相結合，從晶面效應角度理解As(III)在電極修飾材料表面的電化學過程。理論計算結果表明，亞砷酸在四氧化三鐵(001)晶面上的吸附能為-1.73eV，遠遠大于在(111)晶面上的吸附能-1.06eV。
該研究揭示了納米晶表面原子排列的不同對電化學敏感行為的影響機制，為更加精細的電極修飾材料和電化學敏感界面設計提供了新方向。評審人認為此項研究的視角是新穎而有趣的。相關研究結果發表在英國皇家化學學會的《化學通訊》(Chemical Communication 2014, 50, 15952-15955)上。
該研究工作得到了國家重大科學研究計劃納米專項項目“應用納米技術去除飲用水中微污染物的基礎研究(2011CB933700)”和中科院“引進海外杰出人才”百人計劃等項目的支持。
暴露(001)和(111)晶面的四氧化三鐵納米片及其修飾電極對As(III)電化學檢測
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