二維黑磷降解機(jī)理研究進(jìn)展
二維黑磷降解機(jī)理研究進(jìn)展
黑磷作為后石墨烯時(shí)代光、電性能最優(yōu)良的二維材料之一，自2014年出現(xiàn)以來(lái)，短短幾年內(nèi)即迅速吸引了世界各國(guó)研究人員的關(guān)注。目前，黑磷不僅在光電器件和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受青睞，同時(shí)在環(huán)境污染治理等領(lǐng)域也表現(xiàn)出非凡的應(yīng)用潛力。
中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所研究員趙青及學(xué)科組近年來(lái)一直致力于二維黑磷環(huán)境行為及風(fēng)險(xiǎn)研究。早期研究中，率先引入實(shí)時(shí)無(wú)標(biāo)記動(dòng)態(tài)細(xì)胞分析技術(shù)（RTCA）對(duì)二維黑磷的細(xì)胞毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)，相關(guān)研究成果以封面文章的形式發(fā)表于Small（2017, 13, 1701210），并分別以Black phosphorous: Size-Dependent Toxicity Implications 和Environmental Chemist Flashes Warning Light on New Nanoparticle 為題被Advanced Science News、Science Daily、Science News line和Physics News等網(wǎng)站報(bào)道。首次計(jì)算了單層黑磷的理論最大比表面積2400 m2/g，提出了吸附引起的層狀黑磷片層結(jié)構(gòu)的褶皺是導(dǎo)致黑磷對(duì)離子型化合物具有高吸附量的主要機(jī)理（Environ. Sci.: Nano, 2018, 5, 1454-1465）；率先開(kāi)展了二維黑磷對(duì)環(huán)境中細(xì)菌毒性效應(yīng)的研究，指出活性氧自由基的產(chǎn)生和細(xì)胞膜損傷是其主要毒性機(jī)制（Ecotox. Environ. Safe., 2018, 161, 507-514）。
近日，該團(tuán)隊(duì)在二維黑磷降解機(jī)理方面取得新進(jìn)展：水分子(H2O)解離生成的氫氧根離子(OH-)可以直接與二維黑磷反應(yīng)，生成次磷酸等酸類物質(zhì)。結(jié)合石英晶體微天平技術(shù)和密度泛函理論計(jì)算方法，證明了OH-與黑磷納米片的結(jié)合機(jī)制與H2O或氫離子(H3O+)完全不同。OH-接近黑磷納米片后可自發(fā)反應(yīng)形成P-O鍵，同時(shí)導(dǎo)致黑磷原有的P-P鍵斷裂，從而引發(fā)一連串的降解反應(yīng)。該研究不僅闡明了黑磷納米片在水中化學(xué)不穩(wěn)定的內(nèi)在機(jī)理，同時(shí)為發(fā)展黑磷納米片的保護(hù)技術(shù)提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究結(jié)果以pH-Dependent Degradation of Layered Black Phosphorus: Essential Role of Hydroxide Ions 為題發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., doi.org/10.1002/anie.201809989），副研究員張思玉和張雪嬌為論文的共同第一作者。
二維黑磷降解機(jī)理研究進(jìn)展
圖a. 二維黑磷細(xì)胞毒性評(píng)價(jià)；b.二維黑磷吸附離子型化合物機(jī)理圖；c.二維黑磷對(duì)細(xì)菌毒性機(jī)理；d. 二維黑磷與氫氧根反應(yīng)降解機(jī)理圖。
相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院百人計(jì)劃項(xiàng)目、中科院青促會(huì)項(xiàng)目和中國(guó)環(huán)科院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題的資助。
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