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    我国学者在二维黑磷环境行为研究方面取得重要进展

    日期 2018-12-07   来源:地球科学部   作者:刘羽  【 】   【打印】   【关闭

    图.二维黑磷与氢氧根直接反应的降解机理图

      在国家自然科学基金项目(项目编号:41703107、41603120)等资助下,中国科学院沈阳应用生态研究所赵青、张思玉和张雪娇研究团队与中国环境科学研究院吴丰昌院士,美国麻省大学Baoshan Xing教授合作,在二维黑磷水环境降解机理研究方面取得重要进展。研究结果以“pH-Dependent Degradation of Layered Black Phosphorus: Essential Role of Hydroxide Ions”(受水溶液pH影响的层状黑磷降解:氢氧根离子的重要作用)为题,于2018年11月11日在Angew. Chem. Int. Ed. (《德国应用化学》)上发表。论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201809989。

      黑磷作为后石墨烯时代光电性能最优良的二维材料之一,自2014年发现以来,短短几年内迅速吸引了世界各国研究人员的关注。目前,黑磷不仅在光电器件和生物医学领域备受青睐,同时在环境污染治理等领域也表现出非凡的应用潜力。

      随着黑磷的大规模量产和应用,将不可避免的进入环境。中国科学院沈阳应用生态研究所赵青研究团队近年来一直致力于二维黑磷环境行为及风险研究。团队早期研究中,率先引入实时无标记动态细胞分析技术(RTCA)对二维黑磷的细胞毒性进行评价,相关研究成果以封面文章的形式发表于Small上(2017, 13, 1701210),并分别以“Black phosphorous: Size-Dependent Toxicity Implications”和“Environmental Chemist Flashes Warning Light on New Nanoparticle”被Advanced Science NewsScience dailyScience news linePhysics news等各大主流媒体网站广泛报道。首次计算了单层黑磷的理论最大比表面积2400 m2/g,提出了吸附引起的层状黑磷片层结构的褶皱是导致黑磷对离子型化合物具有高吸附量的主要机理(Environ. Sci.: Nano, 2018, 5, 1454-1465);率先开展二维黑磷对环境中细菌毒性效应的研究,指出活性氧自由基的产生和细胞膜损伤是其主要毒性机制(Ecotox. Environ. Safe., 2018, 161, 507-514)。

      最近,该研究在二维黑磷降解机理方面取得新进展:水分子(H2O)解离生成的氢氧根离子(OH-)可以直接与二维黑磷反应,生成次磷酸等酸类物质。结合石英晶体微天平技术和密度泛函理论计算方法,证明了OH-与黑磷纳米片的结合机制与H2O或氢离子(H3O+)完全不同。OH-接近黑磷纳米片后可自发反应形成P-O键,同时导致黑磷原有的P-P键断裂,从而引发一连串的降解反应。该研究阐明了黑磷纳米片在水中化学不稳定的内在机理,对于认识二维黑磷的环境地化行为,科学评估其生态风险具有重要科学意义和参考价值。




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