纳米材料，最新Science！

第一作者：B. K. Spoorthi

通讯作者：Thalappil Pradeep

通讯单位：印度理工学院马德拉斯分校

论文速览

矿物纳米颗粒存在于土壤中，部分矿物纳米颗粒对生命至关重要。近年来，微滴成为一个引人关注的话题。科学家们已知道它们内部受限的环境能够加速化学反应的速率，引发其他过程，例如形成纳米颗粒。

本研究展示了常见矿物颗粒在带电水微滴中数毫秒内自发分解形成纳米颗粒的现象。研究团队通过电喷雾技术，将微米级的天然矿物如石英和红宝石转化为5-10 nm的颗粒。

通过模拟确定，石英在尺寸减小并暴露于电场中时，特别容易发生质子诱导的滑移，导致颗粒断裂和硅酸盐碎片的形成，通过质谱分析得到证实。因为大气中存在大量带电气溶胶，这种快速风化过程对于土壤形成可能很重要。而纳米矿物颗粒天然存在于土壤中，部分纳米矿物颗粒对生命至关重要。

图文导读

图1：天然石英在微滴中的解离过程。

图2：天然和合成氧化铝在微滴中的解离过程。

图3：使用第一性原理模拟可视化的解理和表面重构过程。

图4：在(010)平面上局部化的堆垛层错或滑移。

图5：硅样品的质谱图。

总结展望

本研究的亮点在于揭示了在带电微滴中矿物颗粒能够迅速分解形成纳米颗粒的新机制。通过实验和模拟，研究团队发现石英颗粒在电场作用下通过质子诱导的滑移机制断裂，形成硅酸盐碎片。

这些发现不仅为土壤形成和天然纳米颗粒的生成提供了新的视角，而且可能对理解大气中带电水滴的化学作用具有重要意义。此外，研究还指出，这种微滴诱导的矿物解离过程可能在地球的化学和生物进化中发挥重要作用，为未来的相关研究提供了新的研究方向和实验方法。

文献信息

标题：Spontaneous weathering of natural minerals in charged water microdroplets forms nanomaterials

期刊：Science

DOI：10.1126/science.adl3364