研究人員已經(jīng)確定了一種新的化學(xué)方法，可以從環(huán)境中去除微污染物。

微污染物是微量進(jìn)入地下水和地表水的生物或化學(xué)污染物。

康奈爾大學(xué)的研究人員使用開創(chuàng)性的成像技術(shù)獲得了配體(與其他分子或金屬結(jié)合的分子)如何與納米粒子表面相互作用的高分辨率快照。在這樣做的過程中，他們?nèi)〉昧艘庀氩坏降耐黄菩园l(fā)現(xiàn)。他們確定，通過改變單個配體的濃度，他們也可以控制它所附著的顆粒的形狀。

這種方法可以產(chǎn)生一系列日常應(yīng)用，包括開發(fā)對環(huán)境中特定化學(xué)物質(zhì)在非常低的水平上敏感的化學(xué)傳感器。

陸軍項目經(jīng)理 James Parker 博士說：“Peng Chen 教授的工作可以深入了解分子吸附過程，這對于設(shè)計分子傳感器、催化劑和清除環(huán)境中微污染物的方案很重要。”作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部，稱為 DEVCOM，陸軍研究實(shí)驗室。“這項研究對于設(shè)計和設(shè)計具有特殊功能的刺激響應(yīng)材料也很重要，而這些材料在常規(guī)散裝材料中是找不到的。”

該研究發(fā)表在Nature Communications 上，研究了配體的相互作用，并對配體吸附的強(qiáng)度或親和力以及多個配體如何相互配合或不配合獲得了新的理解。

“當(dāng)分子吸附在納米級材料的表面時，它實(shí)際上也保護(hù)了表面并使其更加穩(wěn)定，”康奈爾大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院彼得 JW Debye 化學(xué)教授 Peng Chen 博士說，誰領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。“這可以用來控制納米級粒子如何生長并成為它們最終的形狀。我們發(fā)現(xiàn)我們可以只用一個配體來做到這一點(diǎn)。你不需要做任何其他的把戲。你只需降低濃度或增加濃度，你就可以可以改變形狀。”

了解配體如何與納米粒子表面相互作用一直是研究的挑戰(zhàn)。吸附的配體很難識別，因為混合物中還有其他分子，而且納米顆粒表面不均勻且多面，這意味著它們需要非常高的空間分辨率才能進(jìn)行仔細(xì)檢查。

納米粒子的大小和表面結(jié)構(gòu)或小面與粒子的潛在應(yīng)用有著內(nèi)在的系。顆粒越大，內(nèi)部容納的原子越多，而較小的顆粒內(nèi)部可用空間較小，但原子位于頂部的表面體積比更大，可用于催化和吸附等過程。原子和分子在這些表面上形成的不同類型的結(jié)構(gòu)與粒子的形狀直接相關(guān)。

科學(xué)家們已經(jīng)使用多種成像方法來調(diào)查這些粒子，但直到現(xiàn)在，他們還無法獲得納米分辨率來真正探索多個表面小平面的角落和縫隙，并量化配體吸附的親和力或強(qiáng)度。研究團(tuán)隊能夠通過采用他們自己設(shè)計的一種稱為具有超分辨率或 COMPEITS 的競爭啟用成像技術(shù)的方法來做到這一點(diǎn)。

該過程通過引入與顆粒表面反應(yīng)并產(chǎn)生熒光反應(yīng)的分子來工作。然后發(fā)送一個非熒光分子與表面結(jié)合，在那里它的反應(yīng)與熒光信號競爭。由此產(chǎn)生的熒光減少，本質(zhì)上產(chǎn)生了一個負(fù)像，然后可以用超高分辨率進(jìn)行測量和映射。

在金納米顆粒上使用 COMPEITS，該團(tuán)隊能夠量化配體吸附的強(qiáng)度，他們發(fā)現(xiàn)配體的行為可以非常多樣化。事實(shí)證明，配體是某種天氣條件下的朋友，在某些站點(diǎn)它們合作以幫助彼此吸附，但在其他站點(diǎn)它們會損害彼此的努力。研究人員還發(fā)現(xiàn)，有時這種積極和消極的協(xié)同作用存在于同一地點(diǎn)。

此外，研究人員還了解到，吸附配體的表面密度可以決定哪個方面占主導(dǎo)地位。這種交叉啟發(fā)了團(tuán)隊改變單個配體的濃度，以此來調(diào)整粒子本身的形狀。

“對我們來說，這開啟了更多的可能性，”陳說。“例如，從環(huán)境中去除農(nóng)藥等微污染物的一種方法是將微小部分吸附在某些吸附劑顆粒的表面上。吸附在顆粒表面后，如果顆粒是催化劑，它可以催化微污染物的破壞。”