发现一种五配位的吸附态Zn结构

　　金属离子在固体表面的局域结构特征直接影响其在环境中的各种化学和生物学过程。吸附态金属离子内层配位结构的变化将影响到金属离子的局域化学特征、长程相互作用、表面化学活性、及生物可利用性等一系列性质。同时，由于在水环境中与水分子的相互作用，导致了金属阳离子配位结构的复杂性，这也给相关研究带来了难度。因而吸附结构内层配位数的确定是阳离子吸附研究的核心问题，一直以来都是吸附研究领域争论的焦点。中科院生态中心潘纲课题组应用EXAFS、XANES光谱技术结合量子化学计算探索了阳离子Zn(II)在TiO₂表面的吸附配位特征，研究结果发表在2011年1月的《Environmental Science & Technology》上。

　　本研究应用同步辐射EXAFS、XANES光谱技术结合量子化学计算方法对吸附态水合锌离子的配位结构特征、吸附构型与配位数的关系等问题进行了研究，同时基于XANES分析与DFT计算为解释EXAFS实验数据提供了一种新的思路：首先，应用EXAFS光谱分析Zn(II)在TiO₂表面的吸附结构及配位特征；然后对Zn(II)在TiO₂表面可能的吸附结构进行理论计算，DFT计算结果对EXAFS实验测得的Zn-O分数型的配位特征给出了理论解释；最后，XANES分析为理论计算的结果提供了直接的实验证据。

　　应用DFT计算及XANES光谱分析技术为EXAFS实验数据提供了新的解释，首次发现了一种5配位的吸附态Zn结构—双齿单核吸附构型。实验及计算结果表明每种吸附态Zn具有独特的配位结构（4,5或6配位）特征，不同配位特征的各吸附构型的共存构成了吸附态Zn复杂的配位结构。XAFS实验是在BSRF的1W1B-XAFS实验站完成的。

　　本研究借助DFT计算及XANES分析方法为EXAFS数据分析结果提供了一种新的解释。研究揭示了吸附态Zn表现出复杂配位结构特征的原因，这为表面络合模型的发展提供了一个可能的方向，即在描述固液界面宏观平衡关系时需要考虑吸附态金属离子微观的配位结构特征（或差异）。配位结构的变化将深刻影响金属离子在环境中的形态及迁移归趋，所以对表面配位结构原子尺度的鉴定有助于提高我们对重金属离子毒性及环境效应的认识水平。本研究结果表明XANES技术的高灵敏度足以为分子尺度的精细结构提供直接的实验证据，将其引入到环境科学，将为环境科学的研究提供有力的实验方法。

　　发表文章：

　　Guangzhi He, Gang Pan*, Meiyi Zhang and Glenn A. Waychunas,Coordination Structure of Adsorbed Zn(II) at Water-TiO2 Interfaces, Environ. Sci. Technol.,2011, 45(5), 1873–1879.