化學通訊通常是指在細胞間以化學信號介導信息傳遞的一種“溝通”方式，維持生命體復雜而有序的生理活動。在納米顆粒之間也存在類似于生命體化學通訊的機制，如光誘導銀納米顆粒通過氧化還原反應的電荷傳輸實現(xiàn)彼此之間的交流，從而控制溶液中納米顆粒結構和形貌的轉變路徑，提高體系熱力學穩(wěn)定性，比如經(jīng)典的奧斯特瓦爾德熟化過程。因此，實現(xiàn)單顆粒水平上化學通訊的原位表征對于理解納米材料生長動力學以及材料可控制備具有重要的指導意義。單體電化學為納米尺度上研究顆粒間電荷傳遞提供了直接手段，能夠高通量、依次遍歷測量溶液中的單個納米顆粒，為精準獲取單顆粒間瞬態(tài)相互作用信息提供新的研究手段。
南京大學龍億濤教授團隊多年來聚焦基于限域微/納界面的單體電化學研究。利用自主研制的高帶寬、微弱電流電化學測量系統(tǒng)，采用隨機碰撞電化學技術，建立起納米顆粒動態(tài)相互作用高精準分析方法，實現(xiàn)了對銀納米顆粒間光致化學通訊過程的實時、原位追蹤，揭示了納米尺度下，單顆粒形貌演變的動力學機制。（圖1）
圖1. (a)隨機碰撞電化學技術實時、原位追蹤光誘導銀納米顆粒形貌演變示意圖。(b)瞬時電流響應信號 首先，定量研究了光致化學通訊控制的銀納米顆形貌演變過程，對單個銀納米顆粒電化學氧化產(chǎn)生的電流信號進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)光化學過程中不同粒徑銀納米顆粒群之間的相互依存關系。（圖2a）通過理論推導出納米顆粒間化學勢差的實時變化趨勢，揭示單顆粒的個體行為與納米顆粒集體特征之間的關系。（圖2b）同時，提取高通量電流信號的積分電荷信息，證明化學勢差作為顆粒間相互交流的化學信息，驅動銀納米顆粒集體先后經(jīng)過庫倫爆炸和奧斯特瓦爾德熟化兩個階段的形貌演變。（圖2c） 圖2. (a)大粒徑和小粒徑銀納米顆粒群的結構轉化依存關系，(b)不同輻照時間下銀納米顆粒間的化學勢差變化，(c)光誘導銀納米顆粒形貌演變的動力學參數(shù)擬合 進一步，通過調(diào)控反應物銀離子濃度改變納米顆?；瘜W勢差，從而調(diào)節(jié)顆粒間動態(tài)化學通訊過程，控制納米顆粒集體的光化學反應路徑。實驗結果顯示，銀納米顆粒的尺寸先減小后增大，表明其先經(jīng)歷奧斯特瓦爾德熟化過程，隨后進行光誘導破碎過程。（圖3） 圖3. 單個銀納米顆粒在532 nm激光不同時間輻照后進行單顆粒隨機碰撞電化學氧化瞬態(tài)電流信號的統(tǒng)計結果。(a)電流幅值，(b)持續(xù)時間，(c)積分電荷 隨機碰撞電化學方法有望作為微納尺度下材料分析的液態(tài)電化學“顯微術”，對納米顆粒的結構與形貌變化進行原位、工況、高通量快速表征，在單顆粒水平實時獲取反應過程中物質傳輸和能量傳遞信息，助力納米材料精準設計。 論文信息 Monitoring Photoinduced Interparticle Chemical Communication In Situ Mengjie Chen, Dr. Si-Min Lu, Hao-Wei Wang, Prof. Yi-Tao Long 陳夢潔為論文第一作者，蘆思珉副研究員和龍億濤教授為論文通訊作者。該工作得到了國家基金委自然科學基金的資助。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215631
