智能所重金屬離子的電化學分析檢測獲進展

近期，中國科學院智能所黃行九研究團隊與華中師范大學張禮知教授合作，利用X-射線光電子能譜(XPS)結合擴展X-射線吸收精細結構譜(EXAFS)，深入研究了啞鈴狀Au/Fe3O4納米顆粒表面的活性Fe(II) 以Fe(II)/Fe(III)循環形式參與到待測物的氧化還原反應中，從而增強電化學分析行為的檢測機制。

鐵基金屬氧化物微/納結構材料由于其*的催化，吸附和磁學等性能而受到廣泛的關注，其在電化學的重金屬離子中也有著廣泛的應用。長期以來，電化學分析都以追求高的靈敏度和低的檢測限為目標，而其中的納米增強機制卻不甚明了，特別是關于小尺寸納米顆粒所表現出來的特殊的優異性能研究。而這種揭示大小尺寸納米顆粒差異性的增強機制研究對于今后開發新型納米材料用于高靈敏的檢測水環境中的重金屬離子十分有利。

更為重要的是，通過XPS技術研究發現啞鈴狀Au/Fe3O4納米顆粒表面的Fe(II)具有非常高的活性，可以直接將As(III)還原成As(0)，相比較而言這種優異的氧化還原活性在大尺寸的Fe3O4 (400 nm)上并沒有發現。通過XPS分析電化學檢測過程中As(III)和Fe(II)的價態和含量的變化，證明了表面活性Fe(II)是以Fe(II)/Fe(III)循環參與的As(III)的氧化還原中，從而進一步提高了As(III)的檢測靈敏度。

該研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院創新交叉團隊、合肥物質科學研究院院長基金等項目及上海同步輻射裝置(BL14W1線站)的支持。

金屬離子是某種物質溶于水后的金屬元素的離子。簡單的說就是分子組成的物質中的金屬元素。絕大部分金屬離子是陽離子，但IVB-VIII族金屬可以生成陰離子。金屬離子是維持多相體系的滲透平衡的重要組成部分，也是廣泛的酶反應的必要組成部分。有些酶類的催化活性，除了蛋白質部分外，還需要金屬離子，即金屬離子是酶活性中心的組成部分。

有些酶的分子中雖不含有金屬，但需要金屬離子激活。金屬離子是酶的輔基或激活劑，金屬離子通過自身化合價的變化來傳遞電子，完成生物體內的氧化還原反應，在維持生物體內的水和電解質平衡等方面亦需要金屬離子。