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 據(jù)悉， 在斯坦福大學(xué)，發(fā)現(xiàn)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的科學(xué)家說，一項(xiàng)再正常不過的實(shí)驗(yàn)卻產(chǎn)生了“令人眼花繚亂”的驚喜，即發(fā)現(xiàn)了使用水滴形成金納米顆粒和納米線的新方法。

      研究負(fù)責(zé)人Richard Zare作為人文科學(xué)院的化學(xué)家和美國(guó)斯坦福大學(xué)生物學(xué)交叉學(xué)科（Bio-X）研究計(jì)劃的聯(lián)合創(chuàng)始人，他表示，這項(xiàng)技術(shù)于4月19日在Nature Communications雜志上發(fā)表，這是化學(xué)家們對(duì)液滴在化學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)現(xiàn)，可能會(huì)產(chǎn)生更環(huán)保的方法生產(chǎn)黃金和其他金屬納米粒子。

      斯坦福大學(xué)國(guó)際著名物理化學(xué)、分析化學(xué)家Richard N. Zare說：“能夠在水中發(fā)生反應(yīng)意味著你不必?fù)?dān)心污染，這就是綠色化學(xué)，”

貴金屬

      黃金之所以被稱為貴金屬，是因?yàn)樗鄬?duì)來(lái)說不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。與通常的鎳和銅等金屬不同，金不易被腐蝕和被氧化，這也是它成為主流首飾的原因之一。

      然而，在20世紀(jì)80年代中期，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，黃金的化學(xué)惰性只是在宏觀尺度上表現(xiàn)出來(lái)。在納米尺度上，金顆粒具有非常高的化學(xué)反應(yīng)性并且是優(yōu)異的催化劑。如今，金納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)在各種應(yīng)用中發(fā)揮作用，包括生物成像，藥物輸送，有毒氣體檢測(cè)和生物傳感器等方面。

      然而，直到現(xiàn)在，制造金納米粒子唯一可靠的方法是將金的前驅(qū)體氯金酸與還原劑硼氫化鈉反應(yīng)。

      該反應(yīng)將電子從還原劑轉(zhuǎn)移至氯金酸，并在此過程中釋放出金原子。根據(jù)金原子的結(jié)合規(guī)律，可以將它們形成納米級(jí)的珠子，金屬絲，棒，棱鏡等不同形狀。

噴灑出的金子

      最近，Zare和他的同事們想知道這種生產(chǎn)黃金的反應(yīng)是否與微小的微米級(jí)氯金酸和硼氫化鈉液滴發(fā)生反應(yīng)有所不同。微滴的大小是多少？ Zare說：“這就像擠壓一個(gè)香水瓶，它會(huì)噴出一滴微滴。”

      從以前的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們知道微滴中的一些化學(xué)反應(yīng)速率比在大體積的溶液中要快得多。

      事實(shí)上，研究小組觀察到金納米粒子在微滴中的生長(zhǎng)速度快了超過了10萬(wàn)倍。然而，最引人注目的觀察發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們用微水滴替代了通常釋放金顆粒的還原劑。

      該研究的第一作者Jae Kyoo Lee表示：“對(duì)于發(fā)現(xiàn)金的納米結(jié)構(gòu)可以在沒有添加任何還原劑的情況下制備出來(lái)的這一現(xiàn)象，我們也十分困惑。”

      通過電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，金納米粒子和納米線似乎融合在一起，就像樹枝上的漿果簇。

      這個(gè)驚奇的發(fā)現(xiàn)意味著純水微滴可以用作生產(chǎn)金納米結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器。該研究的共同作者Devareena Samanta，同時(shí)也是Zare實(shí)驗(yàn)室之前的研究生和論文的共同作者。他說：“更多的證據(jù)表明，水滴中的反應(yīng)與散裝水中的反應(yīng)完全不同。”

      Zare說，如果這個(gè)反應(yīng)過程可以規(guī)模化，那么它可以消除具有一定潛在毒性的還原劑的需求，從而減少有害身體健康的副作用或降低水路的污染。

      目前還不清楚為什么水微滴能夠代替該反應(yīng)中的還原劑。一種可能性是將水轉(zhuǎn)化為微滴大大增加了它的比表面積，為在空氣——水界面形成強(qiáng)電場(chǎng)提供了機(jī)會(huì)，這也促進(jìn)金納米顆粒和納米線的形成。

      “一升水燒杯上面的表面積小于一平方米，但如果你將燒杯中的水變成微滴，你將獲得大約3000平方米的表面積，這大約有一半的足球場(chǎng)那么大。”Zare說。

      該團(tuán)隊(duì)正在探索如何利用納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種催化和生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，并改進(jìn)其制造金膜的技術(shù)。