《陰離子界面反應的量子機制及其對土壤膠體凝聚的影響》是依託西南大學，由田銳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：陰離子界面反應的量子機制及其對土壤膠體凝聚的影響
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：田銳
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤膠體的凝聚隨環境熱力學條件的改變自發進行，並在很大程度上影響著土壤的性質、肥力和生態功能。土壤膠體表面帶淨的負電荷，其凝聚過程由電解質中陽離子支配，表現出強烈的離子特異性效應的影響；而電解質中陰離子會受到膠體表面負電荷的排斥，一般忽略其對土壤膠體凝聚的可能影響。事實上，已有研究表明，由於陰離子特異性效應的存在，陰離子會顯著影響到帶負電荷膠體表面的離子分布、生物膜的形成、蛋白質相互作用及DNA酶切效率等。因此，本項目將開展陰離子特異性效應作用下土壤膠體表面電化學性質、凝聚動力學過程及凝聚體形貌和結構特徵的實驗研究，結合土壤膠體顆粒間相互作用力的測定以及基於量子化學的離子/膠體/水相互作用的計算機模擬研究，以期闡明土壤膠體凝聚中陰離子特異性效應；通過定量表征陰離子特異性效應的強度、離子/膠體/水相互作用能的強度，系統解釋陰離子界面反應的量子機制和基於陰離子特異性效應的土壤膠體凝聚機制。
結題摘要
土壤膠體的凝聚隨環境熱力學條件的改變自發進行，並在很大程度上影響著土壤的性質、肥力和生態功能。土壤膠體表面帶淨的負電荷，其凝聚過程由電解質中陽離子支配，表現出強烈的離子特異性效應的影響；而電解質中陰離子會受到膠體表面負電荷的排斥，一般忽略其對土壤膠體凝聚的可能影響。事實上，已有研究表明，由於陰離子特異性效應的存在，陰離子會顯著影響到帶負電荷膠體表面的離子分布、生物膜的形成、蛋白質相互作用及DNA酶切效率等。因此，本項目通過開展陰離子特異性效應作用下土壤膠體表面電化學性質、凝聚動力學過程及凝聚體形貌和結構特徵的實驗研究，結合土壤膠體顆粒間相互作用力的測定以及基於量子化學的離子/膠體/水相互作用的計算機模擬研究，取得了如下研究結果：明確了陰離子特異性效應會顯著影響帶負電荷膠體的凝聚，研究表明幾種陰離子核外電子云結構的差異帶來的顯著不同的極化效應是其本質原因，這一研究意味著我們要重視陰離子對負電荷膠體表面性質及相互作用的影響，而傳統土壤學長期以來忽略了陰離子的研究；提出了土壤膠體表面電荷與吸附態離子形成的電場可能是土壤膠體凝聚中離子特異性效應的內在作用力；建立了描述可變電荷膠體凝聚過程的新理論，這一理論可用來理論預測膠體凝聚速率與溶液溫度、電解質濃度、pH、顆粒大小、表面電荷密度等的關係。基於這一理論，我們在基於動態光散射測定可變電荷膠體顆粒PZC和膠體顆粒的Hamaker常數的分析方法上取得進展；通過對離子-界面相互作用的研究，明確了離子特異性效應對膠體顆粒表面性質、表面吸附平衡狀態以及吸附活化能的影響。
