发现可以从环境中去除微污染物

研究人员已经确定了一种新的化学方法，可以从环境中去除微污染物。

微污染物是微量进入地下水和地表水的生物或化学污染物。

康奈尔大学的研究人员使用开创性的成像技术获得了配体(与其他分子或金属结合的分子)如何与纳米粒子表面相互作用的高分辨率快照。在这样做的过程中，他们取得了意想不到的突破性发现。他们确定，通过改变单个配体的浓度，他们也可以控制它所附着的颗粒的形状。

这种方法可以产生一系列日常应用，包括开发对环境中特定化学物质在非常低的水平上敏感的化学传感器。

陆军项目经理 James Parker 博士说：“Peng Chen 教授的工作可以深入了解分子吸附过程，这对于设计分子传感器、催化剂和清除环境中微污染物的方案很重要。”作战能力发展司令部，称为 DEVCOM，陆军研究实验室。“这项研究对于设计和设计具有特殊功能的刺激响应材料也很重要，而这些材料在常规散装材料中是找不到的。”

该研究发表在Nature Communications 上，研究了配体的相互作用，并对配体吸附的强度或亲和力以及多个配体如何相互配合或不配合获得了新的理解。

“当分子吸附在纳米级材料的表面时，它实际上也保护了表面并使其更加稳定，”康奈尔大学艺术与科学学院彼得 JW Debye 化学教授 Peng Chen 博士说，谁领导了这项研究。“这可以用来控制纳米级粒子如何生长并成为它们最终的形状。我们发现我们可以只用一个配体来做到这一点。你不需要做任何其他的把戏。你只需降低浓度或增加浓度，你就可以可以改变形状。”

了解配体如何与纳米粒子表面相互作用一直是研究的挑战。吸附的配体很难识别，因为混合物中还有其他分子，而且纳米颗粒表面不均匀且多面，这意味着它们需要非常高的空间分辨率才能进行仔细检查。

纳米粒子的大小和表面结构或小面与粒子的潜在应用有着内在的系。颗粒越大，内部容纳的原子越多，而较小的颗粒内部可用空间较小，但原子位于顶部的表面体积比更大，可用于催化和吸附等过程。原子和分子在这些表面上形成的不同类型的结构与粒子的形状直接相关。

科学家们已经使用多种成像方法来调查这些粒子，但直到现在，他们还无法获得纳米分辨率来真正探索多个表面小平面的角落和缝隙，并量化配体吸附的亲和力或强度。研究团队能够通过采用他们自己设计的一种称为具有超分辨率或 COMPEITS 的竞争启用成像技术的方法来做到这一点。

该过程通过引入与颗粒表面反应并产生荧光反应的分子来工作。然后发送一个非荧光分子与表面结合，在那里它的反应与荧光信号竞争。由此产生的荧光减少，本质上产生了一个负像，然后可以用超高分辨率进行测量和映射。

在金纳米颗粒上使用 COMPEITS，该团队能够量化配体吸附的强度，他们发现配体的行为可以非常多样化。事实证明，配体是某种天气条件下的朋友，在某些站点它们合作以帮助彼此吸附，但在其他站点它们会损害彼此的努力。研究人员还发现，有时这种积极和消极的协同作用存在于同一地点。

此外，研究人员还了解到，吸附配体的表面密度可以决定哪个方面占主导地位。这种交叉启发了团队改变单个配体的浓度，以此来调整粒子本身的形状。

“对我们来说，这开启了更多的可能性，”陈说。“例如，从环境中去除农药等微污染物的一种方法是将微小部分吸附在某些吸附剂颗粒的表面上。吸附在颗粒表面后，如果颗粒是催化剂，它可以催化微污染物的破坏。”

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