智能所在納米電化學的晶面效應研究工作中取得進展

　　近年來，應用納米材料檢測水中微量重金屬離子成為研究高靈敏電化學傳感器的熱點之一。然而，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涉及。

　　近期，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劉錦淮研究員和中科院“引進海外杰出人才”黃行九研究員帶領的課題組提出以納米材料的晶面特性來構建電化學傳感界面的方法，并取得系列進展。該研究團隊設計利用暴露不同晶面的金屬氧化物納米材料，實現了對水中重金屬離子的選擇性電化學響應，提出了納米電化學中晶面效應(Sci. Rep. 2013, 3, 2886； Electrochem. Commun. 2013, 34, 270)。

　　在此基礎上，該課題組研究人員進一步將電分析化學與理論模擬計算相結合，從晶面角度，在原子層面上闡明了暴露不同晶面的三種α -Fe2O3納米結構對Pb2+高靈敏電化學響應機制。研究人員設計制備三種不同形貌的α-Fe2O3納米結構用于水中重金屬離子電化學分析。結果表明，重金屬離子如Pb2+在α-Fe2O3納米晶不同晶面靈敏度的順序為：{110}>{001}>{012}；吸附實驗揭示Pb2+在α -Fe2O3納米晶不同晶面吸附能力與電化學響應順序一致。同時，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用理論計算模擬實驗過程，模擬計算結果表明， Pb2+在α-Fe2O3納米晶不同晶面的吸附能、吸附位點的順序同樣為：{110}>{001}>{012}。該研究揭示了“納米材料選擇性吸附產生選擇性電化學響應”這一規律，對于從源頭上設計電化學傳感界面以改善其性能具有理論上的指導意義和實際的應用價值。論文被英國皇家化學學會出版的《化學通訊》接收發表(Chem. Commun., 2014, 50, 5011-5013)。

　　以上研究工作得到了國家重大科學研究計劃項目、中科院“引進海外杰出人才”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。