2018年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：納米材料特殊表面理化性質活性位點的電化學敏感特性
完成單位：中國科學院合肥物質科學研究院
完成人：黃行九、楊猛、郭正、李培華、李遺祥、江敏、李珊珊
1、成果簡介
圍繞納米結構材料對重金屬污染物電化學分析的增強行為、電分析行為中的干擾等科學問題，可控合成均一、具有特殊表面理化性質的活性位點敏感界面，結合實驗電化學、理論計算、大科學同步輻射裝置等手段，闡明納米材料的表面理化特性如晶相、缺陷、表面離子循環等對重金屬污染物的氧化還原行為的影響規律，揭示其構效關系在增強電化學分析行為中的作用機理。
2、創新點
（1） 提出了以納米材料的晶相特性構建電化學敏感界面的方法，從原子水平上闡明了重金屬污染物在納米材料不同晶相表面的作用機理；
（2）揭示了金屬氧化物納米材料的缺陷、表面不同價態離子循環增強電化學分析行為的傳感機制；
（3）首次將激光誘導擊穿光譜等光譜技術與電化學方法聯用，克服電分析方法中共存離子的干擾問題，實現了復雜背景下污染物的原位準確分析。
3、科學價值
（1）從原子/分子層面上揭示了金屬氧化物納米材料不同晶相對電化學行為的影響機制，為可控設計特定晶相的納米材料用于電化學分析檢測提供了有效的理論支持；
（2）通過研究晶體缺陷參與催化的電化學分析過程，發現了電子狀態調制與電子誘導干擾效應，對發展缺陷型導電性較差的納米結構材料構筑電化學敏感界面具有重要理論指導作用，也為研究重金屬污染物之間的相互干擾機制提供了一種新思路；
（3）通過對鐵基氧化物納米材料表面不同價態離子循環的研究，闡明了重金屬污染物在鐵基氧化物納米材料表面氧化還原過程中的電子轉移過程，對理解納米電化學電極過程及構筑有效的電化學敏感界面具有重要的理論指導意義；
（4）通過將電化學方法與光譜技術聯用，能夠對重金屬污染物進行水下原位分析，研究成果對發展光譜-電化學方法，實現實時在線準確分析成分復雜的實際水樣中重金屬污染物具有重要的科學意義。
4、社會經濟效益
本項目在環境中重金屬污染物的納米電化學分析新原理、新方法方面取得了重要的研究成果，為設計和構筑納米電化學傳感器件、開發水質監測儀器提供了理論基礎和技術支撐，也將帶來巨大的社會經濟效益。
5、應用前景
基于本項目研究成果開發的環境重金屬污染物分析與監測儀器靈敏度與準確度高，可應用于實際環境中重金屬污染物的快速篩查與現場監測，具有廣闊的應用前景。
