南京土壤所在硫化镉氧化溶解过程中的晶面效应研究中取得进展

　　在具有周期性淹水/排水特征的Cd污染稻田土壤中，硫酸盐还原菌在水淹期间可利用硫酸盐(SO₄^2-)作为电子受体生成还原性硫(S^2-)，S^2-与Cd²⁺进一步通过化学沉淀形成相对稳定的CdS纳米颗粒(CdS-NPs)，降低Cd生物有效性；然而，在稻田土壤排水落干过程中，好氧条件可导致CdS被氧化溶解，增加Cd生物有效性。有研究表明，晶型纳米颗粒存在不同的暴露晶面，其中占主导的暴露晶面显著影响颗粒表面的吸附/解吸、氧化/还原、溶解/沉淀等过程，但主导晶面对CdS-NPs的环境化学过程与机制尚不清楚。

　　为此，中国科学院南京土壤研究所研究员王玉军团队围绕CdS-NPs的形貌和暴露晶面如何影响其氧化溶解过程的问题进行深入探究。研究通过化学水热法合成了三种不同形貌的CdS-NPs，即CdS-sphere、CdS-rod和CdS-sheet，并通过微生物法合成了一种具有纳米尺寸的CdS-NPs (Bio-CdS NPs)，其主导晶面分别是{101}、{100}、{001}和{111}。通过结合HRTEM、XANES、EPR和DFT计算等研究手段发现，含主导晶面{001}的CdS-sheet具有较高表面能，且带隙窄，因此，在光照条件下有利于生成电子空穴对(e^-/h⁺)，进一步生成·OH，从而促进CdS-sheet氧化溶解。CdS-sphere和CdS-rod的带隙较宽，在光照条件下固相表面生成的O₂·-和·OH较少，导致其氧化溶解过程较慢。含主导晶面{111}的Bio-CdS NPs表面原子结构与CdS-sheet一致，且表面能较高，因此，在光照条件下可被快速溶解。该研究反映了CdS-NPs的形貌和暴露晶面对其稳定性的重要影响，深化了对金属硫化物纳米颗粒环境行为的理解，对研究土壤氧化还原交替过程中Cd的生物有效性以及开展Cd污染修复具有指导意义。

　　相关研究结果发表在Environmental Science Technology上。研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等的资助。

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南京土壤所在硫化镉氧化溶解过程中的晶面效应研究中取得进展