化學(xué)通訊通常是指在細(xì)胞間以化學(xué)信號介導(dǎo)信息傳遞的一種“溝通”方式，維持生命體復(fù)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(xué)通訊的機(jī)制，如光誘導(dǎo)銀納米顆粒通過氧化還原反應(yīng)的電荷傳輸實(shí)現(xiàn)彼此之間的交流，從而控制溶液中納米顆粒結(jié)構(gòu)和形貌的轉(zhuǎn)變路徑，提高體系熱力學(xué)穩(wěn)定性，比如經(jīng)典的奧斯特瓦爾德熟化過程。因此，實(shí)現(xiàn)單顆粒水平上化學(xué)通訊的原位表征對于理解納米材料生長動力學(xué)以及材料可控制備具有重要的指導(dǎo)意義。單體電化學(xué)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(zhǔn)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(xué)龍億濤教授團(tuán)隊(duì)多年來聚焦基于限域微/納界面的單體電化學(xué)研究。利用自主研制的高帶寬、微弱電流電化學(xué)測量系統(tǒng)，采用隨機(jī)碰撞電化學(xué)技術(shù)，建立起納米顆粒動態(tài)相互作用高精準(zhǔn)分析方法，實(shí)現(xiàn)了對銀納米顆粒間光致化學(xué)通訊過程的實(shí)時、原位追蹤，揭示了納米尺度下，單顆粒形貌演變的動力學(xué)機(jī)制。（圖1）
圖1. (a)隨機(jī)碰撞電化學(xué)技術(shù)實(shí)時、原位追蹤光誘導(dǎo)銀納米顆粒形貌演變示意圖。(b)瞬時電流響應(yīng)信號 首先，定量研究了光致化學(xué)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(xué)氧化產(chǎn)生的電流信號進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)光化學(xué)過程中不同粒徑銀納米顆粒群之間的相互依存關(guān)系。（圖2a）通過理論推導(dǎo)出納米顆粒間化學(xué)勢差的實(shí)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(guān)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(xué)勢差作為顆粒間相互交流的化學(xué)信息，驅(qū)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化依存關(guān)系，(b)不同輻照時間下銀納米顆粒間的化學(xué)勢差變化，(c)光誘導(dǎo)銀納米顆粒形貌演變的動力學(xué)參數(shù)擬合 進(jìn)一步，通過調(diào)控反應(yīng)物銀離子濃度改變納米顆?；瘜W(xué)勢差，從而調(diào)節(jié)顆粒間動態(tài)化學(xué)通訊過程，控制納米顆粒集體的光化學(xué)反應(yīng)路徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jìn)行光誘導(dǎo)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(jìn)行單顆粒隨機(jī)碰撞電化學(xué)氧化瞬態(tài)電流信號的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。(a)電流幅值，(b)持續(xù)時間，(c)積分電荷 隨機(jī)碰撞電化學(xué)方法有望作為微納尺度下材料分析的液態(tài)電化學(xué)“顯微術(shù)”，對納米顆粒的結(jié)構(gòu)與形貌變化進(jìn)行原位、工況、高通量快速表征，在單顆粒水平實(shí)時獲取反應(yīng)過程中物質(zhì)傳輸和能量傳遞信息，助力納米材料精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 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(xué)基金的資助。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215631
