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    南京土壤所在硫化鎘氧化溶解過程中的晶面效應研究中取得進展

    2021-09-17 南京土壤研究所
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      在具有周期性淹水/排水特征的Cd污染稻田土壤中,硫酸鹽還原菌在水淹期間可利用硫酸鹽(SO42-)作為電子受體生成還原性硫(S2-),S2-與Cd2+進一步通過化學沉淀形成相對穩定的CdS納米顆粒(CdS-NPs),降低Cd生物有效性;然而,在稻田土壤排水落干過程中,好氧條件可導致CdS被氧化溶解,增加Cd生物有效性。有研究表明,晶型納米顆粒存在不同的暴露晶面,其中占主導的暴露晶面顯著影響顆粒表面的吸附/解吸、氧化/還原、溶解/沉淀等過程,但主導晶面對CdS-NPs的環境化學過程與機制尚不清楚。

      為此,中國科學院南京土壤研究所研究員王玉軍團隊圍繞CdS-NPs的形貌和暴露晶面如何影響其氧化溶解過程的問題進行深入探究。研究通過化學水熱法合成了三種不同形貌的CdS-NPs,即CdS-sphere、CdS-rod和CdS-sheet,并通過微生物法合成了一種具有納米尺寸的CdS-NPs (Bio-CdS NPs),其主導晶面分別是{101}、{100}、{001}和{111}。通過結合HRTEM、XANES、EPR和DFT計算等研究手段發現,含主導晶面{001}的CdS-sheet具有較高表面能,且帶隙窄,因此,在光照條件下有利于生成電子空穴對(e-/h+),進一步生成·OH,從而促進CdS-sheet氧化溶解。CdS-sphere和CdS-rod的帶隙較寬,在光照條件下固相表面生成的O2·-和·OH較少,導致其氧化溶解過程較慢。含主導晶面{111}的Bio-CdS NPs表面原子結構與CdS-sheet一致,且表面能較高,因此,在光照條件下可被快速溶解。該研究反映了CdS-NPs的形貌和暴露晶面對其穩定性的重要影響,深化了對金屬硫化物納米顆粒環境行為的理解,對研究土壤氧化還原交替過程中Cd的生物有效性以及開展Cd污染修復具有指導意義。

      相關研究結果發表在Environmental Science & Technology上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃等的資助。

      論文鏈接 

    南京土壤所在硫化鎘氧化溶解過程中的晶面效應研究中取得進展

    打印 責任編輯:閻芳

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