第二届全国土壤修复大会

硫化镉纳米颗粒(CdS-NPs)是被广泛应用的纳米材料之一，可通过多种途径进入到土壤环境。此外，在具有周期性淹水/排水特征的Cd污染稻田土壤中，通过微生物如硫酸盐还原菌的作用也可生成CdS-NPs。晶型纳米颗粒存在不同的暴露晶面，其中占主导的暴露晶面显著影响颗粒表面的吸附/解吸、氧化/还原、溶解/沉淀等过程。为研究CdS-NPs暴露晶面对其溶解过程的影响，实验通过结合HRTEM、XANES、EPR和DFT计算等技术手段发现，含主导晶面{001}的六方晶系CdS-sheet表面能高且带隙窄，在光照条件下易生成电子空穴对(e^-/h⁺)，进一步生成大量的•OH，促进Cd²⁺释放；含主导晶面{101}和{100}的CdS-NPs带隙较宽，在光照条件下表面生成的O₂^•−和•OH量少，导致其氧化溶解过程较慢。除了光化学作用，研究还发现共存的金属离子(Cu²⁺)显著影响CdS-NPs转化行为，Cu²⁺优先沿CdS-NPs{001}晶面方向将Cd置换，生成CuS；还原性物质如S₂O₃^2-可将Cu²⁺转化为Cu⁺，促进Cd²⁺释放，生成Cu₇S₄。微生物合成的立方晶系CdS-NPs主导晶面为{111}，表面原子结构与CdS-sheet一致，表面能高，因此，其具有较高的环境风险。本研究结果反映了CdS-NPs的形貌和暴露晶面对其环境行为的重要影响，进一步加深了我们对金属硫化物纳米颗粒环境行为的理解，对研究土壤氧化还原交替过程中Cd的生物有效性以及开展Cd污染修复具有重要的指导意义。