二氧化錫（SnO2）是一種典型的寬帶隙（3.6eV）n-型半導體材料，由于表面氧缺陷以及量子尺寸效應，使得其被廣泛地應用于氣敏傳感器中。然而，目前為止，納米SnO2不同的晶面對重金屬離子的電化學敏感性能卻鮮有報道。近期，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研究員黃行九課題組發現了納米SnO2低能{110}面對重金屬離子如Pb(II)與Cd(II)增強的電化學敏感行為，并揭示其響應機制。相關成果已發表在美國化學會《分析化學》（Anal. Chem. 2017, 89, 2613−2621）雜志上。

　　研究人員設計制備三種不同形貌的SnO2納米結構材料用于水中重金屬離子電化學分析。結果表明，重金屬離子如Pb(II)與Cd(II)在SnO2納米結構材料不同晶面靈敏度的順序為：低能{110}面>高能{221}面。吸附與脫附實驗揭示了Pb(II)與Cd(II)在SnO2納米結構材料不同晶面脫附能力與電化學響應順序一致，盡管Pb(II)與Cd(II)在SnO2納米結構材料低能{110}面上的吸附量遠小于高能{221}面，然而其在低能{110}面上容易脫附到電極表面，因而在低能{110}面上能獲得優異的電化學性能。同時，研究人員與中國科學技術大學微尺度國家實驗室教授李群祥合作利用DFT模擬實驗過程，理論計算結果表明，Pb(II)在SnO2納米結構材料低能{110}面上擴散能為0.63 eV，遠遠小于在高能{221}晶面上的吸附能1.88eV。此外，借助上海同步輻射裝置（BL14W1線站），研究人員利用XAFS光譜解析了Pb(II)在SnO2納米結構材料低能{110}與高能{221}面上的結構參數，研究結果表明，吸附在低能{110}面上的Pb(II)的Pb-O鍵的鍵長大于高能{221}面。DFT計算與XAFS光譜解析相結合從原子層面上解釋了暴露不同晶面的SnO2納米結構材料對Pb(II)與Cd(II)不同的電化學響應機制。

　　該工作從原子層面上揭示了晶面對電化學行為的影響機制，對深入理解電化學行為與晶面之間的關系具有重大意義，對于從源頭上設計電化學傳感界面以改善其性能具有理論上的指導意義和實際的應用價值。

　　該研究工作得到了中科院創新交叉團隊、國家自然科學基金等項目及上海同步輻射裝置（BL14W1線站）的支持。

　　圖：a), b)與c)分別是暴露不同晶面的三種形貌SnO2的掃描電鏡圖；d)與e)分別是SnO2對Pb(II)與Cd(II)電化學響應的晶面效應比較圖；f)與g)是Pb(II)在SnO2的{110}與{221}面上的擴散過渡態結構圖；h)與i)分別是歸一化的Pb吸附在暴露不同晶面的SnO2上的LIII-EXAFS與相應的擬合的傅里葉變換的EXAFS譜圖。