?目前，來自美國錫拉丘茲大學(xué)(雪城大學(xué))化學(xué)系的研究人員研發(fā)出了一種能夠?qū)瘜W(xué)反應(yīng)進行實時監(jiān)測并使其可視化的創(chuàng)新型方法。

　　他們設(shè)計出了一種納米材料;當(dāng)這種材料與化學(xué)反應(yīng)過程中的離子以及其他小分子發(fā)生相互作用時則會改變顏色。該研究成果已經(jīng)發(fā)表在了美國化學(xué)學(xué)會主辦的雜志《Nano》上。這項新研究使得研究者們僅僅根據(jù)肉眼就能夠?qū)瘜W(xué)反應(yīng)進行定性監(jiān)控，再配上一些簡單的儀器則能實現(xiàn)定量分析。

　　“在大多數(shù)情況下，溶液中分子或者離子之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)都是無色透明，或者像乳液一樣呈現(xiàn)乳白色的”。該研究小組負責(zé)人，來自錫拉丘茲大學(xué)的化學(xué)系副教授Mathew Maye說道：“目前，判斷一個化學(xué)反應(yīng)是否會發(fā)生的唯一方法就是對該反應(yīng)體系進行多次純化處理，隨后采樣進行更為廣泛的分析判斷”。

　　為了更好的理解化學(xué)反應(yīng)是如何發(fā)生的，以及某個反應(yīng)的發(fā)生速度有多快(如果該反應(yīng)能夠發(fā)生的話)，該研究小組設(shè)計出了一種能夠和反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的納米顆粒材料?！爱?dāng)反應(yīng)一旦發(fā)生，這種納米顆粒就會發(fā)出不同顏色的熒光;這使得人們能夠利用眼睛對該反應(yīng)進行一些動力學(xué)分析，而不再需要用到那些昂貴的儀器設(shè)備了”，Maye說道。

Tennyson Doane(左)以及Kevin Cruz(右)手握不同顏色的鈣鈦礦

　　該研究小組的核心工作主要集中在研究一種新型納米材料——鈣鈦礦。鈣鈦礦是一類特殊的晶體材料，通常由金屬離子和氧原子組成，該研究團隊用到的鈣鈦礦主要由金屬離子和鹵族元素組成。在納米尺度上，鈣鈦礦具有光致發(fā)光特性，意味著這種材料在受到激光或者燈光照射下會發(fā)出熒光，而且，發(fā)出光的顏色在一定程度上取決于自身離子的濃度大小，這種特性使得鈣鈦礦在納米材料中顯得非常獨特。此外，鈣鈦礦的這一性質(zhì)在某些方面已經(jīng)研究的較為成熟;例如，工業(yè)領(lǐng)域及學(xué)術(shù)科研領(lǐng)域的許多研究團隊都認為鈣鈦礦納米材料在太陽能電池、發(fā)光二極管、激光器以及探測器方面具有巨大的潛在應(yīng)用價值。

　　該研究小組內(nèi)的博士后研究員Tennyson Doane說道：“我們知道這種材料在能源研究領(lǐng)域內(nèi)的巨大潛力，我們對能源研究也很感興趣，因此我們產(chǎn)生了一個瘋狂的想法：準(zhǔn)備嘗試利用鈣鈦礦的不同離子濃度比去檢測溶液中的離子，并且對化學(xué)反應(yīng)進行監(jiān)測;事實上，這是非常困難的，我們一開始并不確定是否能夠成功，但仍然決定去嘗試一下”。

　　該研究小組開始研究的是一套比較簡單的體系，主要涉及到氟氯碳化合物分子的有機反應(yīng)。當(dāng)這些分子開始反應(yīng)，鹵族元素通常會被消除(通常為溴、氯或者碘元素)，而且會形成碳碳雙鍵，這也就是有機化學(xué)里面常見的消除反應(yīng)。一般情況下，消除掉的鹵族元素是一種并不重要的副產(chǎn)物。

利用鈣鈦礦發(fā)出的熒光對化學(xué)反應(yīng)進行監(jiān)測

　　“直到現(xiàn)在，我們的新技術(shù)能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測到鹵族元素的消除”，來自化學(xué)專業(yè)的 Kevin Cruz說道：“當(dāng)反應(yīng)一旦開始，鈣鈦礦會發(fā)出明亮的紅光，隨著鹵族元素在化學(xué)反應(yīng)過程中被消除或者被交換掉，鈣鈦礦顆粒會將其吸收，熒光顏色也隨著鹵化物的濃度比例逐漸發(fā)生改變，從紅色到橙色、黃色再到綠色;當(dāng)最后變?yōu)榫G色時，意味著反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束”。

　　Doane解釋道：“一開始鈣鈦礦的濃度非常低，需要加入少量進去以便于觀察。我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠非常準(zhǔn)確的校準(zhǔn)這種體系;因此，人們現(xiàn)在能夠利用這種新的‘比色法’去獲取一些化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)信息”。

　　該研究小組負責(zé)人Maye對于他們的研究成果這樣評價道：“利用很少的預(yù)算，在極短的時間內(nèi)獲得這一成果是令人驚訝的。目前，還沒有人會想到利用這種方法對化學(xué)反應(yīng)進行監(jiān)測”。Maye強調(diào)道：“我們的研究小組已經(jīng)能夠通過監(jiān)測顏色的變化準(zhǔn)確的測量出相關(guān)化學(xué)動力學(xué)信息，我們需要用到僅僅是一個紫外光燈泡或者一個廉價的熒光光譜儀而已”。

　　該論文作者除了Doane、Cruz和Maye，還包括Kayla Ryan博士以及來自布魯克黑文國家實驗室功能納米材料中心的Mircea Cotlet等人，他們都為該研究提供了重要的測定結(jié)果。該小組目前正在就這一研究成果申請國家專利。

　　Maye透露他們接下來將對更多的化學(xué)反應(yīng)進行測量以驗證該方法的廣泛適用性，同時還將對更低濃度的離子及分子發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進行監(jiān)測以進一步驗證該方法的有效性。

　　“也許，在不久的將來，所有的化學(xué)家都會使用到我們研究的新方法對化學(xué)反應(yīng)進行監(jiān)測”，Maye說道。