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金屬氧化物微/納結(jié)構(gòu)材料由于具有催化、吸附和磁學(xué)等優(yōu)異性能而備受科研工作者的青睞，在電化學(xué)分析檢測(cè)無機(jī)重金屬離子方面有著廣泛的應(yīng)用。一直以來，電化學(xué)分析手段都是以追求高的靈敏度和低的檢測(cè)下限為目標(biāo)，然而其中納米材料的增強(qiáng)機(jī)制不甚清楚，即沒有從原子層面上給出合理的機(jī)理解釋。而這種基于原子層面的作用機(jī)制對(duì)開發(fā)新型微/納結(jié)構(gòu)材料用于高靈敏性電化學(xué)檢測(cè)水環(huán)境中無機(jī)重金屬離子具有重要指導(dǎo)作用。

基于上述問題，研究人員詳細(xì)討論了不同晶相的三氧化二鐵(α-和γ-Fe2O3)花狀結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)檢測(cè)Pb(II)的影響，并將它們的晶體結(jié)構(gòu)與吸附容量和吸附方式緊密起來，從原子層面上揭示了電化學(xué)現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，γ-Fe2O3對(duì)Pb(II)的電化學(xué)響應(yīng)要顯著優(yōu)于α-Fe2O3 (如圖a)。研究人員用XPS和EXAFS分析比較了α-和γ-Fe2O3對(duì)Pb(II)的吸附量以及吸附方式的差異。XPS的結(jié)果顯示γ-Fe2O3表面暴露有大量的羥基(-OH)，可以提供更多的吸附位點(diǎn)，從而提高對(duì)Pb(II)的吸附量，這是由于γ-Fe2O3的晶體結(jié)構(gòu)使其表面有大量的吸附空位(如圖b)。EXAFS的結(jié)果表明，Pb(II)在α-和γ-Fe2O3表面有著不同的吸附結(jié)合方式，Pb(II)在αFe2O3表面主要以Pb-OH和Pb-H2O的方式結(jié)合，而在γ-Fe2O3表面則只有Pb-OH (如圖c和d)。這種不同的吸附容量和結(jié)合方式直接導(dǎo)致不同晶相的Fe2O3對(duì)Pb2+的吸附存在著顯著的差異，從而影響兩種晶相的納米Fe2O3電化學(xué)分析行為的不同。

該工作從原子層面上揭示了晶相對(duì)電化學(xué)行為的影響機(jī)制，對(duì)深入理解電化學(xué)行為與晶相之間的關(guān)系具有重大意義，為研究新型納米材料用于電化學(xué)分析檢測(cè)提供了有效的理論支持。

該研究工作得到了國家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。