在固-气反应的基础上，ZnO纳米材料已广泛应用于从大气中捕获SO2。然而，目前对ZnO纳米材料的SO2吸附/传感性能的研究主要是利用专业的流化床设备通过反复试验，这种方法耗时长，劳动强度大。值得注意的是，SO2吸附材料的性能主要取决于材料的结构(包括尺寸和形貌)，因此定量结构-活性关系（Quantitional Structure−Activity Relationship，QSAR）对于SO2吸附材料的设计、合成和高效评价等至关重要。气室原位透射电子显微镜（in situ TEM）是一种可以在理想温度和常压下实时观察固−气反应过程的新兴技术。
有鉴于此，中科院上海微系统所李昕欣研究员，许鹏程副研究员报道了利用气室原位透射电子显微镜观察到ZnO纳米线实时硫化过程，从而揭示了QSAR。
文章要点
1）原位TEM观察结果显示，直径为100 nm的ZnO纳米线（ZnO-100 nm)在SO2气氛中逐渐转变为核−壳层纳米结构，并定量测定了壳层形成动力学。但是，在ZnO-500 nm样品的表面上只能观察到稀疏的纳米颗粒，这意味着SO2和ZnO-500 nm之间的固-气相互作用较弱。
2）研究人员通过吸收热（-ΔH°）和像差校正的TEM表征验证了QSAR模型。并在QSAR模型的指导下，研究ZnO纳米材料的吸附/传感应用，包括：i）穿透实验证明了ZnO-100 nm样品在SO2捕获/储存中的应用潜力；ii）ZnO-500 nm样品具有良好的SO2传感可逆性（RSD = 1.5％，n = 3），检出限达到70 ppb。
这项研究为定量揭示固体−气体相互作用开辟了一条新的途径，并在先进纳米材料的设计、合成和评价方面显示出巨大的应用潜力。
参考文献
Xueqing Wang, et al, Quantitative Structure−Activity Relationship of Nanowire Adsorption to SO2 Revealed by In Situ TEM Technique, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04481
https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04481
