二維黑磷降解機理研究進展

二維黑磷降解機理研究進展

黑磷作為后石墨烯時代光、電性能最優(yōu)良的二維材料之一，自2014年出現(xiàn)以來，短短幾年內即迅速吸引了世界各國研究人員的關注。目前，黑磷不僅在光電器件和生物醫(yī)學領域備受青睞，同時在環(huán)境污染治理等領域也表現(xiàn)出非凡的應用潛力。



中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所研究員趙青及學科組近年來一直致力于二維黑磷環(huán)境行為及風險研究。早期研究中，率先引入實時無標記動態(tài)細胞分析技術（RTCA）對二維黑磷的細胞毒性進行評價，相關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)站報道。首次計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構的褶皺是導致黑磷對離子型化合物具有高吸附量的主要機理（Environ. Sci.: Nano, 2018, 5, 1454-1465）；率先開展了二維黑磷對環(huán)境中細菌毒性效應的研究，指出活性氧自由基的產(chǎn)生和細胞膜損傷是其主要毒性機制（Ecotox. Environ. Safe., 2018, 161, 507-514）。



近日，該團隊在二維黑磷降解機理方面取得新進展：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，生成次磷酸等酸類物質。結合石英晶體微天平技術和密度泛函理論計算方法，證明了OH-與黑磷納米片的結合機制與H2O或氫離子(H3O+)完全不同。OH-接近黑磷納米片后可自發(fā)反應形成P-O鍵，同時導致黑磷原有的P-P鍵斷裂，從而引發(fā)一連串的降解反應。該研究不僅闡明了黑磷納米片在水中化學不穩(wěn)定的內在機理，同時為發(fā)展黑磷納米片的保護技術提供了理論依據(jù)。相關研究結果以pH-Dependent Degradation of Layered Black Phosphorus: Essential Role of Hydroxide Ions 為題發(fā)表于《德國應用化學》（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。

二維黑磷降解機理研究進展

圖a. 二維黑磷細胞毒性評價；b.二維黑磷吸附離子型化合物機理圖；c.二維黑磷對細菌毒性機理；d. 二維黑磷與氫氧根反應降解機理圖。

相關研究得到國家自然科學基金委、科技部重點研發(fā)計劃、中科院百人計劃項目、中科院青促會項目和中國環(huán)科院環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室開放課題的資助。

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