利用量子点技术清理环境污染物

2023年诺贝尔化学奖关注了量子点技术--这些微小的物体受到量子物理规则的控制。许多用于电子产品的量子点由有毒物质制成，但现在人们正在开发并探索它们无毒的替代品，以应用于医药和环境领域。一组研究人员专注于碳和硫基量子点的研究，并利用它们来制造更安全的隐形墨水和帮助净化水源。

这些研究人员将在今天美国化学学会（ACS）春季会议上展示他们的研究成果。

量子点是合成纳米级半导体晶体，可以发光。它们被用于电子显示器和太阳能电池等应用中。印度Aligarh Muslim大学的化学助理教授Md Palashuddin Sk解释说：“许多传统的量子点都是有毒的，因为它们来源于重金属。所以我们正在研究非金属量子点，因为它们对环境友好，可以用于生物应用。”

量子点非常微小--通常直径仅为数十个原子。由于它们非常小，它们的性质受到量子效应的控制，这使得它们的行为与较大的物体相比稍微怪异。特别是，它们的发光方式与人们的预期有所不同；例如，在这种尺度上，金材料呈现蓝色。其他研究人员已经探索了非金属量子点作为生物成像工具。Palashuddin专注于设计碳和硫基量子点（分别为Cdots和Sdots）以及各种其他应用。

他说：“碳和硫是非常丰富、价格实惠的材料，可以很容易地合成成量子点。”“你可以从废弃材料中制造碳点，然后利用它们去除污染物--这样就可以实现资源循环利用。”

虽然Cdots和Sdots都是最近的发现，但Palashuddin已经成功将它们应用于各种领域。尽管微小，但这些点具有巨大的表面积，可以轻松地进行功能化以适应不同的应用。之前，该团队设计了根据遇到的污染物而发出不同颜色的量子点。这意味着它们可以帮助鉴定水样品中的污染物，如铅、钴和铬，而不会从点本身中溶出任何新的金属。

除了鉴定污染物外，Cdots还可以帮助降解水中的农药和染料等污染物。在一个项目中，Palashuddin和合作者Amaresh Kumar Sahoo，印度信息技术研究所研究纳米生物技术的助理教授，从土豆皮中制备了Cdots，然后将它们安装在微型机器人上，用于针对和降解模拟受污染水样中的有毒染料。

该团队还开发了从水中完全去除污染物的方法，而不仅仅是鉴定或降解它们。他们特别设计了Cdots来吸收汽车油，并目前正在探索基于Cdot的过滤系统，以帮助处理油污泄漏。

接下来，研究人员计划将他们的实验室研究成果应用于实地工作，可能是在一个专注于Yamuna河的项目中。这条河流直接穿过新德里，尤其在人口较多的地区，它污染严重。Palashuddin希望利用他们团队的非金属点来鉴别和分离河流中的各种污染物，包括农药、表面活性剂、金属离子、抗生素和染料。理想情况下，这些点将被功能化以在它们的表面上尽可能多地捕捉这些不同的污染物，以便随后轻松地去除它们。

然而，非金属点的潜在用途并不仅限于水处理。Palashuddin和同事目前正在研究更贴近传统金属点但又没有毒性顾虑的用途。例如，该团队开发的一些发光量子点可以被加入隐形墨水中，以防伪，或者被用于发光设备，包括电视屏幕。

该团队希望他们的工作可以帮助拓宽非金属量子点的用途，并让它们独特的性质在环境中发挥作用。

这项研究得到了印度政府科学和工程研究委员会以及大学资助委员会的资助。