最近，很多读者询问，到底如何判断纳米材料的表面电荷。有鉴于此，我们推出了纳米材料表面电荷的专辑，具体阐述以下三个问题：1. 如何界定纳米材料的表面电荷？ 2. 纳米材料表面电荷与稳定性的关系及其核心要素！ 3. 纳米材料表面电荷的检测原理、制样与数据分析！

本期主要讨论如何界定纳米材料的表面电荷。

首先，我们需要知道，什么是双电层？

电极的金属相为良导体，过剩电荷集中在表面；电解质的电阻较大，过剩电荷只部分紧贴相界面，称紧密层（compact double layer）或stern层；余下部分呈分散态，称扩散层（diffuse double layer）。这样，在电极的金属-电解质两相界面存在电势，将产生双电层（electrical double layer），其总厚度一般约为0.2-20纳米。（具体可参考傅献彩《物理化学》，维基百科）

图1.固体表面双电层模型简化示意图

（注：图片来自wikipedia）

是不是感觉听的云山雾海？哈哈，不要紧，简单来说，胶体纳米颗粒带电，是因为纳米颗粒表面拥有一层电位离子，电位离子层通过静电作用，把溶液中电荷相反的离子吸引到胶核周围。吸附正离子带正电，吸附负离子带负电。由于整个溶液是电中性的，故还应有等量的反离子存在。这样，在纳米材料周围介质的相间界面区域就形成双电层。

一是内层区，称为Stern层，其中离子与粒子紧紧地结合在一起；另一个是外层扩散区，其中离子不那么紧密的与粒子相吸附。在扩散区内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时（如由于重力），在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动，这个边界称为流体力学剪切面（slipping plane）。

我们所说的Zeta电位就是指胶体纳米粒子在剪切面处到体相溶液之间的电位。以稳定的纳米水溶胶为例，如果纳米粒子表面带有氨基，就会吸附溶液中的负电荷离子形成stern层，此时stern层含有大量负电荷，但是电位仍是正的。然后随着离颗粒表面越远，负电荷越来越少，直到剪切面（slipping plane），虽然还是有负电荷的存在，但是电位也是正的（这个电位就是Zeta电位），只是绝对值又有所减少。

因此，纳米颗粒本身带不带电荷或者带什么电荷并不重要，重要的是，如果Zeta电位仪检测得到的是正值，就说明纳米颗粒整体表现出来的是正电荷，我们称之为纳米颗粒表面带正电；如果Zeta电位仪检测得到的是负值，就说明纳米颗粒整体表现出来的是负电荷，我们称之为吗，颗粒表面带负电荷。

图2. 纳米颗粒在介质中的表面电荷和电位简易示意图

（注：图片来自wikipedia）

纳米颗粒表面酸性基团的离解会使表面带上负电，颗粒表面碱性基团的离解会使表面带上正电。

图3. 纳米颗粒整体表面正负电荷来源举例

Zeta电位是评估纳米粒子在介质中是否能够稳定分散的重要指标，对于纳米材料的应用体系具有非常重要的指导意义。那么，为什么Zeta电位和纳米粒子的稳定性如此相关？如何通过Zeta电位研究提高纳米粒子的稳定性？Zeta电位的核心影响因素有哪些呢？下一期，我们将具体讲解纳米材料表面电荷与稳定性的关系及其核心要素！