Nano Letters：具有三功能层的管状微型机器人能吸收铅净化污水

插图为石墨烯氧化物微型机器人（简称GOx-microbots）自行吸收废水中的铅。

材料牛注：一项新的研究表明，成千上万比人类头发宽度还小的微型机器人，可以吸收、去除工业废水中的有毒重金属。研究人员表示这种微型机器人能够每小时去除污水中95%的铅，并且多次循环使用，这或许可以成为一种更经济有效去除重金属的方法。

当今社会中电池和电子产品的制造,以及采矿和电镀这类工业活动导致了水资源的重金属污染。这些重金属主要包括铅、砷、汞、镉、铬，它们对生物体和环境构成了极大地安全隐患。在不产生额外的污染的前提下，锁定并去除污染物，这将会是对生态系统修复极为有利的研究方向，近期Diana Vilela 等研究人员在《Nano Letters》发表了一篇有关微型机器人除铅的论文。

在论文中，研究人员特别关注一种能从废水吸除铅的具有三功能层的管状微型机器人。这种微型机器人的结构主要有：外层是石墨烯氧化层，可以直接吸附水中的铅。中间层是镍，为了使微型机器人呈现铁磁性，从而在工作时通过外部磁场调控他们的运动方向。内层是铂，为微型机器人在水中自我驱动提供动力。当把过氧化氢添加到废水中时，铂将过氧化氢分解为水和氧气的微气泡,并从微型机器人后侧将微气泡喷出，以此推动自身前进。

当微型机器人吸附完铅之后，用磁场引导他们离开污水并聚集在一起。然后将微型机器人放在酸性溶液中使他们与铅离子分离。分离得到的铅留待日后回收，循环利用。与铅离子分离后的微型机器人还可以再次利用。

研究人员表示，未来还可以尝试使用微型机器人来处理其他污染物，并朝着降低制造成本与大批量生产的方向前进。机器人自我运动能力与功能层的组合也为类似的设计提供了很好的思路，例如药物输送以及传感领域的应用。

图1：GOx-microbots进行铅净化与回收的方案。(A)图表示净化污水的GOx-microbots是由电沉积的纳米层的石墨烯氧化物(气态氧)外层,Pt /镍层,镍磁中层,Pt催化内层组成。铅离子的净化策略可以由两种不同的技术: GOx-microbots在过氧化氢中的自航或在外部旋转磁场中的引航。(B)图表示GOx-microbots在酸性介质中与铅离子分离。

图2：GOx-microbots性能 :(A)扫描电镜图片说明:(1)GOx-microbots金层,(2)单个GOx-microbot结构,(3)GOx-microbot表面的高倍成像。(B) GOx-microbots的弥散X谱（简称EDX）(插图: GOx-microbot中 Pt的 EDX)。(C) GOx-microbots表面的拉曼光谱,D和G特征的氧化石墨烯。(插图是GOx-microbots的拉曼光谱分析)。(D)对 GOx-microbots进行拉曼扫描，以此确认微型机器人表面全部覆盖了石墨烯 (见插图:图像的氧化石墨烯/ Ni / Pt管和扫描路径(红线)的分析)。(E) GOx-microbots 的XPS谱显示O 1 s和C 1 s的峰。(F)高分辨率GOx-microbots的C 1 s .XPS谱显示出表面所含各种官能团。

该研究成果近期发表在Nano Letters 论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b00768

感谢材料人编辑张文博提供素材。