א דאנק פארן באזוכן Nature.com. איר ניצט א בראַוזער ווערסיע מיט באגרענעצטע CSS שטיצע. פאר דער בעסטער דערפאַרונג, רעקאָמענדירן מיר אז איר זאָלט ניצן אן אפדעיטירטן בראַוזער (אָדער אויסלעשן קאָמפּאַטיביליטי מאָדע אין אינטערנעט עקספּלאָרער). אין דער דערווייל, צו זיכער מאַכן ווייטערדיגע שטיצע, וועלן מיר רענדערן דעם וועבזייטל אָן סטילן און דזשאַוואַסקריפּט.
ווײַזט אַ קאַרוסעל פֿון דרײַ סליידס אויף איין מאָל. ניצט די "פֿריִערדיקע" און "ווײַטער" קנעפּלעך צו גיין דורך דרײַ סליידס אויף איין מאָל, אָדער ניצט די "סליידער" קנעפּלעך אין סוף צו גיין דורך דרײַ סליידס אויף איין מאָל.
די שנעלע אַנטוויקלונג פון נאַנאָטעכנאָלאָגיע און איר אינטעגראַציע אין טעגלעכע אַפּליקאַציעס קען געפערן די סביבה. כאָטש גרינע מעטאָדן פֿאַר דער דעגראַדאַציע פון ​​אָרגאַנישע קאַנטאַמאַנאַנץ זענען גוט איינגעוואָרצלט, איז די אָפּזוך פון ינאָרגאַנישע קריסטאַלינע קאַנטאַמאַנאַנץ פון גרויס זאָרג צוליב זייער נידעריקע סענסיטיוויטי צו ביאָטראַנספאָרמאַציע און מאַנגל אין פארשטאנד פון מאַטעריאַל ייבערפלאַך ינטעראַקשאַנז מיט ביאָלאָגישע. דאָ נוצן מיר אַ Nb-באַזירט ינאָרגאַניש 2D MXenes מאָדעל קאַמביינד מיט אַ פּשוט פאָרעם פּאַראַמעטער אַנאַליסיס מעטאָד צו שפּורן דעם ביאָרעמעדיאַציע מעקאַניזאַם פון 2D קעראַמיש נאַנאָמאַטעריאַלס דורך די גרינע מיקראָאַלדזשי ראַפידאָסעליס סובקאַפּיטאַטאַ. מיר האָבן געפונען אַז מיקראָאַלדזשי דעגראַדירן Nb-באַזירט MXenes רעכט צו ייבערפלאַך-פֿאַרבונדענע פיזיקאָ-כעמישע ינטעראַקשאַנז. אנפאנגס, זענען איין-שיכטיק און מולטישיכטיק MXene נאַנאָפלאַקעס אַטאַטשט צו דער ייבערפלאַך פון מיקראָאַלדזשי, וואָס האט עפּעס רידוסט דעם וווּקס פון אַלדזשי. אָבער, נאָך פּראַלאָנגד ינטעראַקשאַן מיט דער ייבערפלאַך, האָבן מיקראָאַלדזשי אָקסידירט MXene נאַנאָפלאַקעס און ווייטער דעקאָמפּאָדיד זיי אין NbO און Nb2O5. ווייל די אקסיידן זענען נישט-טאקסיש פאר מיקראאלגיע צעלן, פארברויכן זיי נ.ב. אקסייד נאנא-פארטיקלען דורך אן אבזארפציע מעכאניזם וואס ווייטער צוריקשטעלט די מיקראאלגיע נאך 72 שעה פון וואסער באהאנדלונג. די ווירקונגען פון נוטריענטן פארבונדן מיט אבזארפציע ווערן אויך אפגעשפיגלט אין דער פארגרעסערונג אין צעל וואליום, זייער גלאטן פארעם און ענדערונג אין וואוקס ראטע. באזירט אויף די געפינסן, קומען מיר צום אויספיר אז די קורץ- און לאנג-טערמין אנוועזנהייט פון נ.ב.-באזירטע מעקסענעס אין זיסוואסער עקא-סיסטעמען קען נאר פאראורזאכן קליינע אומגעבונגס-איינפלוסן. עס איז באמערקענסווערט אז, ניצן צוויי-דימענסיאנעלע נאנאמאטעריאלן אלס מאדעל סיסטעמען, ווייזן מיר די מעגלעכקייט פון נאכפאלגן פארעם טראנספארמאציע אפילו אין פיין-קערנדיקע מאטעריאלן. אין אלגעמיין, ענטפערט די שטודיע א וויכטיגע פונדאמענטאלע פראגע וועגן אייבערפלאך אינטעראקציע-פארבונדענע פראצעסן וואס טרייבן דעם ביארעמעדיאציע מעכאניזם פון 2D נאנאמאטעריאלן און גיט א באזע פאר ווייטערדיגע קורץ-טערמין און לאנג-טערמין שטודיעס פון דער אומגעבונגס-איינפלוס פון נישט-ארגאנישע קריסטאלינע נאנאמאטעריאלן.
נאַנאָמאַטעריאַלן האָבן געשאַפֿן אַ סך אינטערעס זינט זייער ענטדעקונג, און פֿאַרשידענע נאַנאָטעכנאָלאָגיעס זענען לעצטנס אַרײַן אין אַ מאָדערניזאַציע פֿאַזע1. צום באַדויערן, די אינטעגראַציע פֿון נאַנאָמאַטעריאַלן אין טעגלעכע אַפּליקאַציעס קען פֿירן צו אַקסאַדענטאַלע אַרויסלאָזונגען צוליב אומריכטיקער באַזײַטיקונג, אומפֿאָרזיכטיקער האַנדלונג, אָדער אומגענוגיקער זיכערהייט אינפֿראַסטרוקטור. דעריבער, איז עס גלייַך צו אָננעמען אַז נאַנאָמאַטעריאַלן, אַרײַנגערעכנט צוויי-דימענסיאָנאַלע (2D) נאַנאָמאַטעריאַלן, קענען אַרויסגעלאָזט ווערן אין דער נאַטירלעכער סביבה, וועמענס נאַטור און ביאָלאָגישע טעטיקייט איז נאָך נישט פֿולשטענדיק פֿאַרשטאַנען. דעריבער, איז עס נישט קיין איבערראַשונג אַז עקאָטאָקסיסיטי זאָרגן האָבן זיך פֿאָקוסירט אויף דער מעגלעכקייט פֿון 2D נאַנאָמאַטעריאַלן צו אַרײַנשפּרינגען אין וואַסער סיסטעמען2,3,4,5,6. אין די עקאָסיסטעמען, קענען עטלעכע 2D נאַנאָמאַטעריאַלן אינטעראַקטירן מיט פֿאַרשידענע אָרגאַניזמען אויף פֿאַרשידענע טראָפֿישע לעוועלס, אַרײַנגערעכנט מיקראָאַלדזשי.
מיקראָאַלדזשי זענען פּרימיטיווע אָרגאַניזמען וואָס געפינען זיך נאַטירלעך אין זיסוואַסער און ים עקאָסיסטעמען וואָס פּראָדוצירן אַ פאַרשיידנקייט פון כעמישע פּראָדוקטן דורך פאָטאָסינטעז7. ווי אַזאַ, זיי זענען קריטיש צו וואַסער עקאָסיסטעמען8,9,10,11,12 אָבער זענען אויך סענסיטיוו, ביליק און וויידלי געניצט ינדיקאַטאָרס פון עקאָטאָקסיסיטי13,14. זינט מיקראָאַלדזשי סעלז מערן זיך שנעל און שנעל רעאַגירן צו די בייַזייַן פון פאַרשידענע קאַמפּאַונדז, זיי זענען פּראַמאַסינג פֿאַר די אַנטוויקלונג פון ענווייראָנמענטאַלי פרייַנדלעך מעטהאָדס פֿאַר באַהאַנדלונג וואַסער קאַנטאַמאַנייטאַד מיט אָרגאַניק סאַבסטאַנסיז15,16.
אַלדזשי צעלן קענען אַראָפּנעמען נישט-אָרגאַנישע יאָנען פֿון וואַסער דורך ביאָסאָרפּציע און אַקומולאַציע17,18. עטלעכע אַלדזשי מינים ווי Chlorella, Anabaena invar, Westiellopsis prolifica, Stigeoclonium tenue און Synechococcus sp. מען האט געפֿונען אַז עס טראָגט און אפילו נערט טאָקסישע מעטאַל יאָנען ווי Fe2+, Cu2+, Zn2+ און Mn2+19. אַנדערע שטודיעס האָבן געוויזן אַז Cu2+, Cd2+, Ni2+, Zn2+ אָדער Pb2+ יאָנען באַגרענעצן דעם וואוקס פֿון Scenedesmus דורך ענדערן צעל מאָרפאָלאָגיע און צעשטערן זייערע כלאָראָפּלאַסטן20,21.
גרינע מעטאָדן פֿאַר דער דעקאָמפּאָזיציע פֿון אָרגאַנישע פֿאַרפּעסטיקונגען און דער באַזייַטיקונג פֿון שווערע מעטאַל יאָנען האָבן געצויגן די אויפֿמערקזאַמקייט פֿון וויסנשאַפֿטלער און אינזשענירן אַרום דער וועלט. דאָס איז דער עיקר צוליב דעם פֿאַקט אַז די פֿאַרפּעסטיקונגען ווערן לייכט פֿאַראַרבעט אין דער פֿליסיקער פֿאַזע. אָבער, נישט-אָרגאַנישע קריסטאַלינע פֿאַרפּעסטיקונגען ווערן כאַראַקטעריזירט דורך נידעריק וואַסער-לייזלעכקייט און נידעריק סאַסעפּטאַבילאַטי צו פֿאַרשידענע ביאָטראַנספֿאָרמאַציעס, וואָס פֿאַראורזאַכט גרויסע שוועריקייטן אין רעמעדיאַציע, און קליין פֿאָרשריט איז געמאַכט געוואָרן אין דעם געביט 22,23,24,25,26. אַזוי, די זוכן פֿאַר ענווייראָנמענטאַלי פרייַנדלעך לייזונגען פֿאַר דער רעפּאַראַטור פֿון נאַנאָמאַטעריאַלן בלייבט אַ קאָמפּלעקס און נישט אויסגעפֿאָרשט געביט. צוליב דעם הויכן גראַד פֿון אַנסערטאַנטי וועגן די ביאָטראַנספֿאָרמאַציע ווירקונגען פֿון 2D נאַנאָמאַטעריאַלן, איז נישטאָ קיין גרינגער וועג צו געפֿינען די מעגלעכע וועגן פֿון זייער דעגראַדאַציע בעת רעדוקציע.
אין דעם שטודיע, האָבן מיר גענוצט גרינע מיקראָאַלדזשי ווי אַן אַקטיוו וואַסעריק ביאָרעמעדיאַציע אַגענט פֿאַר ינאָרגאַניק קעראַמיק מאַטעריאַלן, קאַמביינד מיט אין סיטו מאָניטאָרינג פון די דעגראַדאַציע פּראָצעס פון MXene ווי אַ פארשטייער פון ינאָרגאַניק קעראַמיק מאַטעריאַלן. דער טערמין "MXene" שפּיגלט די סטאָיכיאָמעטריע פון ​​די Mn+1XnTx מאַטעריאַל, וווּ M איז אַ פרי טראַנזישאַן מעטאַל, X איז טשאַד און/אָדער ניטראָגען, Tx איז אַ ייבערפלאַך טערמינאַטאָר (למשל, -OH, -F, -Cl), און n = 1, 2, 3 אָדער 427.28. זינט די ענטדעקונג פון MXenes דורך נאַגיב עט על. סענסאָריקס, ראַק טעראַפּיע און מעמבראַן פילטריישאַן 27,29,30. אין אַדישאַן, MXenes קענען זיין באַטראַכט ווי מאָדעל 2D סיסטעמען רעכט צו זייער ויסגעצייכנט קאָלאָידאַל פעסטקייַט און מעגלעך ביאָלאָגיש ינטעראַקשאַנז 31,32,33,34,35,36.
דעריבער, די מעטאדאלאגיע וואס איז אנטוויקלט געווארן אין דעם ארטיקל און אונזערע פארשונג היפאטעזן ווערן געוויזן אין פיגור 1. לויט דער היפאטעז, דעגראַדירן מיקראָאַלדזשין ניב-באַזירטע מעקסענעס אין נישט-טאַקסישע קאַמפּאַונדז צוליב ייבערפלאַך-פֿאַרבונדענע פיזיקאָ-כעמישע אינטעראַקציעס, וואָס דערמעגלעכט ווייטערדיקע אָפּזוך פון די אַלדזשין. צו פּרובירן די היפאטעז, זענען צוויי מיטגלידער פון דער משפּחה פון פריע ניאָביום-באַזירטע טראַנזישאַן מעטאַל קאַרבידעס און/אָדער ניטרידעס (מעקסענעס), נעמליך נב2CTx און נב4C3TX, אויסגעקליבן געוואָרן.
פֿאָרשונג מעטאָדאָלאָגיע און עווידענס-באַזירטע היפּאָטעזן פֿאַר MXene אָפּזוך דורך גרינע מיקראָאַלדזשי Raphidocelis subcapitata. ביטע באַמערקן אַז דאָס איז בלויז אַ סכעמאַטישע רעפּרעזענטאַציע פֿון עווידענס-באַזירטע אַסאַמפּשאַנז. די אָזערע סביבה איז אַנדערש אין די נוטריאַנט מעדיום געניצט און די באדינגונגען (למשל, טעגלעך ציקל און לימיטיישאַנז אין בנימצא יקערדיק נוטריאַנץ). באשאַפֿן מיט BioRender.com.
דעריבער, דורך ניצן MXene אלס א מאָדעל סיסטעם, האבן מיר געעפנט די טיר צו דער שטודיע פון ​​פארשידענע ביאלאגישע עפעקטן וואס קענען נישט באמערקט ווערן מיט אנדערע קאנווענציאנעלע נאנאמאטעריאלן. ספעציעל, מיר ווייזן די מעגלעכקייט פון ביאָרעמעדיאציע פון ​​צוויי-דימענסיאנעלע נאנאמאטעריאלן, ווי למשל ניאביום-באזירטע MXenes, דורך מיקראאלגיע ראפידאסעליס סובקאפיטאטא. מיקראאלגיע זענען פעהיג צו דעגראדירן Nb-MXenes אין די נישט-טאקסישע אקסיידן NbO און Nb2O5, וועלכע צושטעלן אויך נוטריענטן דורך דעם ניאביום אויפנעמונג מעקאניזם. אין אלגעמיין, ענטפערט די שטודיע א וויכטיגע פונדאמענטאלע פראגע וועגן די פראצעסן פארבונדן מיט אייבערפלאך פיזיקאכעמישע אינטעראקציעס וואס רעגירן די מעקאניזמען פון ביאָרעמעדיאציע פון ​​צוויי-דימענסיאנעלע נאנאמאטעריאלן. דערצו, אנטוויקלען מיר א פשוטע פארעם-פאראמעטער-באזירטע מעטאד פארן נאכפאלגן סובטילע ענדערונגען אין דער פארעם פון 2D נאנאמאטעריאלן. דאס אינספירירט ווייטערדיגע קורץ-טערמין און לאנג-טערמין פארשונג אין די פארשידענע אומגעבונגס-איינפלוסן פון אינארגאנישע קריסטאלינע נאנאמאטעריאלן. אזוי, פארגרעסערט אונזער שטודיע דאס פארשטאנד פון דער אינטעראקציע צווישן דער מאטעריאל אייבערפלאך און ביאלאגישן מאטעריאל. מיר צושטעלן אויך די באַזע פֿאַר אויסגעברייטערטע קורץ-טערמין און לאַנג-טערמין שטודיעס פון זייערע מעגלעכע השפּעות אויף זיסוואַסער עקאָסיסטעם, וואָס קענען איצט לייכט וועריפיצירט ווערן.
MXenes רעפּרעזענטירן אַן אינטערעסאַנטע קלאַס פון מאַטעריאַלן מיט אייגנאַרטיקע און אַטראַקטיווע פיזישע און כעמישע אייגנשאַפטן און דעריבער פילע פּאָטענציעלע אַפּליקאַציעס. די אייגנשאַפטן זענען לאַרגעלי אָפענגיק אויף זייער סטאָיכיאָמעטריע און ייבערפלאַך כעמיע. דעריבער, אין אונדזער שטודיע, האָבן מיר אויסגעפאָרשט צוויי טייפּס פון Nb-באַזירטע כייעראַרקישע איין-שיכט (SL) MXenes, Nb2CTx און Nb4C3TX, ווייַל פאַרשידענע ביאָלאָגישע יפעקס פון די נאַנאָמאַטעריאַלן קען זיין באמערקט. MXenes ווערן פּראָדוצירט פון זייערע סטאַרטינג מאַטעריאַלן דורך שפּיץ-אַראָפּ סעלעקטיוו עטשינג פון אַטאָמיש דין MAX-פאַזע A-שיכטן. די MAX פאַזע איז אַ טערנערי קעראַמיק קאַמפּאָוזד פון "בונדן" בלאַקס פון טראַנזישאַן מעטאַל קאַרביידז און דין שיכטן פון "A" עלעמענטן אַזאַ ווי Al, Si, און Sn מיט MnAXn-1 סטאָיכיאָמעטריע. די מאָרפאָלאָגיע פון ​​​​די ערשט MAX פאַזע איז באמערקט דורך סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (SEM) און איז געווען קאָנסיסטענט מיט פריערדיקע שטודיעס (זען סאַפּלעמענטאַרי אינפֿאָרמאַציע, SI, פיגור S1). מולטישיכט (ML) Nb-MXene איז באקומען נאָך רימוווינג די Al שיכט מיט 48% HF (הידראָפלאָריק זויער). די מאָרפאָלאָגיע פון ​​ML-Nb2CTx און ML-Nb4C3TX איז געוואָרן אויסגעפאָרשט דורך סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (SEM) (פיגורן S1c און S1d ריספּעקטיוולי) און אַ טיפּישע שיכטיקע MXene מאָרפאָלאָגיע איז באמערקט געוואָרן, ענלעך צו צוויי-דימענסיאָנאַלע נאַנאָפלאַקעס וואָס גייען דורך פֿאַרלענגערטע פּאָר-ווי שפּאַלטן. ביידע Nb-MXenes האָבן פיל אין פּראָסט מיט MXene פאַזעס פריער סינטעזירט דורך זויער עטשינג27,38. נאָך באַשטעטיקן די סטרוקטור פון MXene, האָבן מיר עס שיכט דורך אינטערקאַלאַציע פון ​​טעטראַבוטילאַמאָניום הידראָקסייד (TBAOH) נאכגעגאנגען דורך וואַשן און סאָניקאַציע, נאָך וואָס מיר האָבן באַקומען איין-שיכטיקע אָדער נידעריק-שיכטיקע (SL) 2D Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס.
מיר האָבן גענוצט הויך-רעזאָלוציע טראַנסמיסיע עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (HRTEM) און X-שטראַל דיפראַקציע (XRD) צו פּרובירן די עפעקטיווקייט פון עטשינג און ווייטערדיקע פּילינג. די HRTEM רעזולטאַטן פּראַסעסט מיט די Inverse Fast Fourie Transform (IFFT) און Fast Fourie Transform (FFT) ווערן געוויזן אין פיג. 2. Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס זענען אָריענטירט מיטן ברעג אַרויף צו קאָנטראָלירן די סטרוקטור פון דער אַטאָמישער שיכט און מעסטן די אינטערפּלאַנאַרע דיסטאַנסעס. HRTEM בילדער פון MXene Nb2CTx און Nb4C3TX נאַנאָפלאַקעס האָבן געוויזן זייער אַטאָמיש דין שיכטעד נאַטור (זען פיג. 2a1, a2), ווי פריער געמאלדן דורך נאַגיב et al.27 און דזשאַסטזעצבסקאַ et al.38. פֿאַר צוויי שכנותדיקע Nb2CTx און Nb4C3Tx מאָנאָלייערס, האָבן מיר באַשטימט אינטערשיכט דיסטאַנסעס פון 0.74 און 1.54 נם, ריספּעקטיוולי (פיגס. 2b1,b2), וואָס אויך שטימט מיט אונדזער פריערדיקע רעזולטאַטן38. דאָס איז ווייטער באַשטעטיקט געוואָרן דורך דער אומגעקערטער שנעלער פוריע טראַנספאָרמאַציע (פיגור 2c1, c2) און דער שנעלער פוריע טראַנספאָרמאַציע (פיגור 2d1, d2) וואָס ווײַזן די דיסטאַנץ צווישן די Nb2CTx און Nb4C3Tx מאָנאָלייערס. דאָס בילד ווײַזט אַן אָלטערנאַציע פון ​​ליכטיקע און טונקעלע בענדער וואָס קאָרעספּאָנדירן צו ניאָביום און קאַרבאָן אַטאָמען, וואָס באַשטעטיקט די לייערד נאַטור פון די שטודירטע MXenes. עס איז וויכטיק צו באַמערקן אַז די ענערגיע דיספּערסיווע X-שטראַל ספּעקטראָסקאָפּיע (EDX) ספּעקטראַ באַקומען פֿאַר Nb2CTx און Nb4C3Tx (פיגורן S2a און S2b) האָבן נישט געוויזן קיין רעשטל פון דער אָריגינעלער MAX פאַזע, ווײַל קיין Al שפּיץ איז נישט דעטעקטירט געוואָרן.
כאַראַקטעריזאַציע פון ​​SL Nb2CTx און Nb4C3Tx MXene נאַנאָפלייקעס, אַרייַנגערעכנט (אַ) הויך-רעזאָלוציע עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (HRTEM) זייַט-וויו 2D נאַנאָפלייק ימאַגינג און קאָרעספּאָנדינג, (ב) אינטענסיטי מאָדע, (ג) ינווערס שנעל פוריע טראַנספאָרמאַציע (IFFT), (ד) שנעל פוריע טראַנספאָרמאַציע (FFT), (ע) Nb-MXenes X-שטראַל פּאַטערנז. פֿאַר SL 2D Nb2CTx, די נומערן זענען אויסגעדריקט ווי (a1, b1, c1, d1, e1). פֿאַר SL 2D Nb4C3Tx, די נומערן זענען אויסגעדריקט ווי (a2, b2, c2, d2, e1).
X-שטראַל דיפראַקציע מעסטונגען פון SL Nb2CTx און Nb4C3Tx MXenes ווערן געוויזן אין פיגורן 2e1 און e2, ריספּעקטיוולי. שפּיצן (002) ביי 4.31 און 4.32 קאָרעספּאָנדירן צו די פריער באַשריבענע שיכטן MXenes Nb2CTx און Nb4C3TX38,39,40,41 ריספּעקטיוולי. די XRD רעזולטאַטן ווייַזן אויך די בייַזייַן פון עטלעכע רעשטלעך ML סטרוקטורן און MAX פאַזעס, אָבער מערסטנס XRD פּאַטערנז פֿאַרבונדן מיט SL Nb4C3Tx (פיגור 2e2). די בייַזייַן פון קלענערע פּאַרטיקלען פון די MAX פאַזע קען דערקלערן די שטאַרקערע MAX שפּיץ קאַמפּערד צו די ראַנדאָם סטאַפּט Nb4C3Tx שיכטן.
ווייטערדיגע פארשונג האט זיך קאנצענטרירט אויף גרינע מיקראאלגיעס וואס געהערן צו דער סארט R. subcapitata. מיר האבן אויסגעקליבן מיקראאלגיעס ווייל זיי זענען וויכטיגע פראדוצירער וואס זענען פארמישט אין גרויסע עסן-נעצן42. זיי זענען אויך איינע פון ​​די בעסטע אינדיקאטארן פון טאקסיקיטעט צוליב דער מעגלעכקייט צו באזייטיגן טאקסישע סובסטאנצן וואס ווערן געפירט צו העכערע לעוועלס פון דער עסן-קייט43. דערצו, קען פארשונג אויף R. subcapitata באלויכטן די אומגליקליכע טאקסיקיטעט פון SL Nb-MXenes צו געווענליכע זיסוואסער מיקראארגאניזמען. צו אילוסטרירן דאס, האבן די פארשער געשטעלט די היפאטעז אז יעדער מיקראב האט אן אנדערע סענסיטיוויטי צו טאקסישע פארבינדונגען וואס געפינען זיך אין דער סביבה. פאר רוב ארגאניזמען, טוען נידעריגע קאנצענטראציעס פון סובסטאנצן נישט באאיינפלוסן זייער וואוקס, בשעת קאנצענטראציעס העכער א געוויסן גרעניץ קענען זיי פארהאלטן אדער אפילו פאראורזאכן טויט. דעריבער, פאר אונזערע שטודיעס פון דער אויבערפלאך אינטעראקציע צווישן מיקראאלגיעס און MXenes און די פארבונדענע אויפבוי, האבן מיר באשלאסן צו טעסטן די אומשעדליכע און טאקסישע קאנצענטראציעס פון Nb-MXenes. כדי דאָס צו טאָן, האָבן מיר געטעסט קאָנצענטראַציעס פון 0 (אַלס אַ רעפֿערענץ), 0.01, 0.1 און 10 מג ל-1 MXene און נאָך מער אינפֿעקטירט מיקראָאַלדזשי מיט זייער הויכע קאָנצענטראַציעס פון MXene (100 מג ל-1 MXene), וואָס קען זיין עקסטרעם און טויטלעך... פֿאַר יעדער ביאָלאָגישער סביבה.
די ווירקונגען פון SL Nb-MXenes אויף מיקראָאַלדזשי ווערן געוויזן אין פיגור 3, אויסגעדריקט ווי דער פּראָצענט פון וווּקס פּראָמאָציע (+) אָדער אינהיביציע (-) געמאסטן פֿאַר 0 מג ל-1 מוסטערן. פֿאַר פאַרגלייַך, די Nb-MAX פאַזע און ML Nb-MXenes זענען אויך טעסטעד און די רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין SI (זען פיגור S3). די רעזולטאַטן באקומען באשטעטיקט אַז SL Nb-MXenes איז כּמעט גאָר אָן טאַקסיסיטי אין די קייט פון נידעריק קאַנסאַנטריישאַנז פון 0.01 צו 10 מג/ל, ווי געוויזן אין פיגור 3a,b. אין דעם פאַל פון Nb2CTx, מיר באמערקט נישט מער ווי 5% עקאָטאָקסיסיטי אין די ספּעסיפיעד קייט.
סטימולאציע (+) אדער אינהיביציע (-) פון מיקראאלגיע וואוקס אין דער אנוועזנהייט פון SL (a) Nb2CTx און (b) Nb4C3TX MXene. 24, 48 און 72 שעה פון MXene-מיקראאלגיע אינטעראקציע זענען אנאליזירט געווארן. באַדײַטנדיקע דאַטן (t-טעסט, p < 0.05) זענען געווען געמאַרקט מיט אַן אַסטעריסק (*). באַדײַטנדיקע דאַטן (t-טעסט, p < 0.05) זענען געווען געמאַרקט מיט אַן אַסטעריסק (*). Значимые данные (ה-קריטערי, פּ <0,05) отмечены звездочкой (*). באַדײַטנדיקע דאַטן (t-טעסט, p < 0.05) זענען געמאַרקט מיט אַן אַסטעריסק (*).重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记.重要数据（t 检验，p < 0.05）用星号(*) 标记. Важные данные (ה-פּרובירן, פּ <0,05) отмечены звездочкой (*). וויכטיגע דאטן (t-טעסט, p < 0.05) זענען באצייכנט מיט אן אסטעריסק (*).רויטע פײַלן ווײַזן די אָפּשאַפֿונג פֿון אינהיביטאָרישער סטימולאַציע.
אויף דער אנדערער האַנט, נידעריקע קאָנצענטראַציעס פון Nb4C3TX האָבן זיך אַרויסגעוויזן צו זיין אַ ביסל מער טאָקסיש, אָבער נישט העכער ווי 7%. ווי ערוואַרטעט, האָבן מיר באמערקט אַז MXenes האָבן געהאַט העכערע טאָקסיסיטי און מיקראָאַלדזשי וווּקס אינהיביציע ביי 100 מג ל-1. אינטערעסאַנט, קיין איינער פון די מאַטעריאַלן האָט נישט געוויזן די זעלבע טענדענץ און צייט-אָפּהענגיקייט פון אַטאָקסישע/טאָקסישע ווירקונגען קאַמפּערד צו די MAX אָדער ML מוסטערן (זען SI פֿאַר פרטים). בשעת פֿאַר די MAX פאַזע (זען בילד S3) האָט טאָקסיסיטי דערגרייכט אַפּראָקסימאַטלי 15-25% און געוואקסן מיט צייט, איז די פאַרקערטע טענדענץ באמערקט געוואָרן פֿאַר SL Nb2CTx און Nb4C3TX MXene. די אינהיביציע פון ​​מיקראָאַלדזשי וווּקס איז פאַרקלענערט געוואָרן מיט דער צייט. עס האָט דערגרייכט אַפּראָקסימאַטלי 17% נאָך 24 שעה און איז געפֿאַלן צו ווייניקער ווי 5% נאָך 72 שעה (פיגור 3a, b, ריספּעקטיוולי).
נאך וויכטיגער, פאר SL Nb4C3TX, האט די אינהיביציע פון ​​מיקראאלגיע וואוקס דערגרייכט בערך 27% נאך 24 שעה, אבער נאך 72 שעה איז עס געפאלן צו בערך 1%. דעריבער, האבן מיר באצייכנט דעם באאבאכטעטן עפעקט אלס אינווערסע אינהיביציע פון ​​סטימולאציע, און דער עפעקט איז געווען שטארקער פאר SL Nb4C3TX MXene. די סטימולאציע פון ​​מיקראאלגיע וואוקס איז פריער באמערקט געווארן מיט Nb4C3TX (אינטעראקציע ביי 10 מג ל-1 פאר 24 שעה) קאמפערד מיט SL Nb2CTx MXene. דער אינהיביציע-סטימולאציע איבערקערעניש עפעקט איז אויך גוט געוויזן געווארן אין דער ביאמאסע פארדאפלונג ראטע קורווע (זעה בילד S4 פאר דעטאלן). ביז איצט, איז נאר די עקאטאקסיסיטי פון Ti3C2TX MXene שטודירט געווארן אין פארשידענע וועגן. עס איז נישט טאקסיש פאר זעבראפיש עמבריאס44 אבער מיטלמעסיג עקאטאקסיש פאר די מיקראאלגיע דעסמאדעסמוס קוואַדריקאדע און סאָרגהום סאַקאַראַטום פלאנצן45. אנדערע ביישפילן פון ספעציפישע עפעקטן שליסן איין העכערע טאקסיסיטי צו קענסער צעל ליניעס ווי צו נארמאלע צעל ליניעס46,47. מען קען אננעמען אז די טעסט באדינגונגען וועלן איינפלוסן די ענדערונגען אין מיקראאלגיע וואוקס באמערקט אין דער אנוועזנהייט פון Nb-MXenes. למשל, א pH פון בערך 8 אין דעם כלאראפלאַסט סטראָמאַ איז אָפּטימאַל פֿאַר עפֿעקטיוו אָפּעראַציע פון ​​דעם RuBisCO ענזיים. דעריבער, pH ענדערונגען נעגאַטיוו אַפֿעקטירן די ראַטע פון ​​פאָטאָסינטעז48,49. אָבער, מיר האָבן נישט באמערקט באַדייטנדיקע ענדערונגען אין pH בעת דעם עקספּערימענט (זען SI, בילד S5 פֿאַר פרטים). בכלל, קולטורן פון מיקראאלגיע מיט Nb-MXenes האָבן אַ ביסל רעדוצירט די pH פון דער לייזונג איבער צייט. אָבער, די פאַרקלענערונג איז געווען ענלעך צו אַ ענדערונג אין די pH פון אַ ריין מעדיום. אין דערצו, די קייט פון ווערייישאַנז געפֿונען איז געווען ענלעך צו דעם געמאסטן פֿאַר אַ ריין קולטור פון מיקראאלגיע (קאָנטראָל מוסטער). אַזוי, מיר קומען צום אויספיר אז פאָטאָסינטעז איז נישט אַפֿעקטירט דורך ענדערונגען אין pH איבער צייט.
דערצו, די סינטעזירטע MXenes האבן אויבערפלאך ענדינגס (באצייכנט אלס Tx). דאס זענען הויפטזעכלעך פונקציאנעלע גרופעס -O, -F און -OH. אבער, אויבערפלאך כעמיע איז גלייך פארבונדן מיט דער מעטאד פון סינטעז. די גרופעס זענען באקאנט צו זיין ראנדאם פארשפרייט איבער דער אויבערפלאך, מאכנדיג עס שווער צו פאראויסזאגן זייער ווירקונג אויף די אייגנשאפטן פון MXene50. מען קען טענה'ן אז Tx קען זיין די קאטאליטישע קראפט פאר דער אקסידאציע פון ​​ניאביום דורך ליכט. אויבערפלאך פונקציאנעלע גרופעס טאקע צושטעלן פארשידענע אנקער פלעצער פאר זייערע אונטערלייגנדע פאטאקאטאליסטן צו פארמירן העטעראדזשונקציעס51. אבער, די וואוקס מעדיום קאמפאזיציע האט נישט צוגעשטעלט אן עפעקטיוון פאטאקאטאליסט (דעטאלירטע מעדיום קאמפאזיציע קען געפונען ווערן אין SI טאבעלע S6). דערצו, יעדע אויבערפלאך מאדיפיקאציע איז אויך זייער וויכטיג, ווייל די ביאלאגישע טעטיקייט פון MXenes קען געטוישט ווערן צוליב שיכט נאך-פראצעסירונג, אקסידאציע, כעמישע אויבערפלאך מאדיפיקאציע פון ​​ארגאנישע און אינארגאנישע פארבינדונגען52,53,54,55,56 אדער אויבערפלאך לאדונג אינזשעניריע38. דעריבער, צו פּרובירן צי ניאָביום אָקסייד האט עפּעס צו טאָן מיט מאַטעריאַל אינסטאַביליטעט אין דעם מעדיום, האָבן מיר דורכגעפירט שטודיעס פון דעם זעטאַ (ζ) פּאָטענציאַל אין מיקראָאַלדזשי וווּקס מעדיום און דעיאָניזירט וואַסער (פאַר פאַרגלייַך). אונדזערע רעזולטאַטן ווייַזן אַז SL Nb-MXenes זענען גאַנץ סטאַביל (זען SI בילד S6 פֿאַר MAX און ML רעזולטאַטן). דער זעטאַ פּאָטענציאַל פון SL MXenes איז וועגן -10 mV. אין דעם פאַל פון SR Nb2CTx, איז דער ווערט פון ζ עפּעס מער נעגאַטיוו ווי דער פון Nb4C3Tx. אַזאַ אַ ענדערונג אין דעם ζ ווערט קען אָנווייַזן אַז די ייבערפלאַך פון נעגאַטיוו טשאַרדזשד MXene נאַנאָפלאַקס אַבזאָרבירט פּאָזיטיוו טשאַרדזשד יאָנען פון דעם קולטור מעדיום. טעמפּאָראַל מעסטונגען פון דעם זעטאַ פּאָטענציאַל און קאַנדאַקטיוויטי פון Nb-MXenes אין קולטור מעדיום (זען פיגורן S7 און S8 אין SI פֿאַר מער פרטים) ויסקומען צו שטיצן אונדזער היפּאָטעזע.
אבער, ביידע Nb-MXene SLs האבן געוויזן מינימאלע ענדערונגען פון נול. דאס ווייזט קלאר זייער סטאביליטעט אין די מיקראאלגיע וואוקס מעדיום. דערצו, האבן מיר אפגעשאצט צי די אנוועזנהייט פון אונזערע גרינע מיקראאלגיעס וואלט באאיינפלוסט די סטאביליטעט פון Nb-MXenes אין די מעדיום. די רעזולטאטן פון די זעטא פאטענציאל און קאנדוקטיוויטי פון MXenes נאך אינטעראקציע מיט מיקראאלגיעס אין נוטריענט מעדיע און קולטור איבער צייט קען מען געפינען אין SI (פיגורן S9 און S10). אינטערעסאנט, האבן מיר באמערקט אז די אנוועזנהייט פון מיקראאלגיעס האט אויסגעזען צו סטאביליזירן די דיספערסיע פון ​​ביידע MXenes. אין פאל פון Nb2CTx SL, איז די זעטא פאטענציאל אפילו אביסל געפאלן איבער צייט צו מער נעגאטיווע ווערטן (-15.8 קעגן -19.1 mV נאך 72 שעה פון אינקובאציע). די זעטא פאטענציאל פון SL Nb4C3TX איז אביסל געשטיגן, אבער נאך 72 שעה האט עס נאך ​​אלץ געוויזן העכערע סטאביליטעט ווי נאנאפלעקס אן די אנוועזנהייט פון מיקראאלגיעס (-18.1 קעגן -9.1 mV).
מיר האָבן אויך געפֿונען אַ נידעריקערע קאַנדאַקטיוויטי פֿון Nb-MXene לייזונגען אינקובירט אין דער אנוועזנהייט פֿון מיקראָאַלדזשי, וואָס ווײַזט אויף אַ נידעריקערע צאָל יאָנען אין דעם נוטריאַנט מעדיום. באַמערקענסווערט, די אינסטאַביליטעט פֿון MXenes אין וואַסער איז דער עיקר צוליב ייבערפֿלאַך אַקסאַדיישאַן57. דעריבער, מיר פֿאַרדעכטיקן אַז גרינע מיקראָאַלדזשי האָבן עפעס אויסגערייניקט די אָקסיידן וואָס זענען געשאַפֿן געוואָרן אויף דער ייבערפֿלאַך פֿון Nb-MXene און אַפֿילו פֿאַרהיטן זייער אויפֿטרעטן (אַקסאַדיישאַן פֿון MXene). דאָס קען מען זען דורך שטודירן די טיפּן סובסטאַנצן וואָס מיקראָאַלדזשי אַבזאָרבירט.
כאָטש אונדזערע עקאָטאָקסיקאָלאָגישע שטודיעס האָבן געוויזן אַז מיקראָאַלדזשי זענען געווען ביכולת צו איבערקומען די טאַקסיסיטי פון Nb-MXenes מיט דער צייט און די ומגעוויינטלעכע אינהיביציע פון ​​סטימולירטן וווּקס, איז די ציל פון אונדזער שטודיע געווען צו אויספאָרשן מעגלעכע מעכאַניזמען פון קאַמף. ווען אָרגאַניזמען ווי אַלדזשי זענען אויסגעשטעלט צו קאַמפּאַונדז אָדער מאַטעריאַלס וואָס זענען נישט באַקאַנט צו זייערע עקאָסיסטעמען, קענען זיי רעאַגירן אין אַ פאַרשיידנקייט פון וועגן58,59. אין דער אַוועק פון טאַקסיק מעטאַל אָקסיידז, קענען מיקראָאַלדזשי זיך דערנערונג, אַלאַוינג זיי צו וואַקסן קאַנטיניואַסלי60. נאָך ינדזשעסטשאַן פון טאַקסיק סאַבסטאַנסיז, קענען פאַרטיידיקונג מעקאַניזאַמז זיין אַקטיווייטיד, אַזאַ ווי טשאַנגינג פאָרעם אָדער פאָרעם. די מעגלעכקייט פון אַבזאָרפּשאַן מוז אויך זיין באַטראַכט58,59. באַמערקענסווערט, יעדער צייכן פון אַ פאַרטיידיקונג מעקאַניזאַם איז אַ קלאָרער אָנווייַזער פון די טאַקסיסיטי פון די טעסט קאַמפּאַונד. דעריבער, אין אונדזער ווייטערדיקער אַרבעט, האָבן מיר אויסגעפאָרשט די פּאָטענציעלע ייבערפלאַך ינטעראַקשאַן צווישן SL Nb-MXene נאַנאָפלאַקס און מיקראָאַלדזשי דורך SEM און די מעגלעכע אַבזאָרפּשאַן פון Nb-באַזירט MXene דורך X-שטראַל פלאָרעסאַנס ספּעקטראָסקאָפּי (XRF). באַמערקט אַז SEM און XRF אַנאַליזעס זענען בלויז דורכגעפירט געוואָרן ביי דער העכסטער קאָנצענטראַציע פון ​​MXene צו אַדרעסירן טעטיקייט טאַקסיסיטי ישוז.
די SEM רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין פיג. 4. נישט-באַהאַנדלטע מיקראָאַלדזשי צעלן (זען פיג. 4אַ, רעפערענץ מוסטער) האָבן קלאָר געוויזן טיפּישע R. subcapitata מאָרפאָלאָגיע און קראָסאַן-ווי צעל פאָרעם. צעלן דערשייַנען פלאַך און עפּעס דיסאָרגאַניזירט. עטלעכע מיקראָאַלדזשי צעלן האָבן זיך איבערגעלאַפּט און פאַרפּלאָנטערט איינע מיט די אַנדערע, אָבער דאָס איז מסתּמא געווען געפֿירט דורך דעם מוסטער צוגרייטונג פּראָצעס. אין אַלגעמיין, ריינע מיקראָאַלדזשי צעלן האָבן געהאַט אַ גלאַט ייבערפלאַך און האָבן נישט געוויזן קיין מאָרפאָלאָגישע ענדערונגען.
SEM בילדער וואָס ווײַזן ייבערפלאַך אינטעראַקציע צווישן גרינע מיקראָאַלדזשי און MXene נאַנאָשיטן נאָך 72 שעה פון אינטעראַקציע ביי עקסטרעמע קאָנצענטראַציע (100 מג L-1). (א) נישט באַהאַנדלטע גרינע מיקראָאַלדזשי נאָך אינטעראַקציע מיט SL (ב) Nb2CTx און (ג) Nb4C3TX MXenes. באַמערקט אַז די Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס זענען געמאַרקט מיט רויטע פײַלן. פֿאַר פֿאַרגלײַך, פֿאָטאָגראַפֿיעס פֿון אַן אָפּטישן מיקראָסקאָפּ זענען אויך צוגעגעבן.
אין קאנטראסט, מיקראאלגיע צעלן אדסארבירט דורך SL Nb-MXene נאנאפלעקן זענען געשעדיגט געווארן (זעה פיג. 4ב, ג, רויטע פײַלן). אין פאל פון Nb2CTx MXene (פיג. 4ב), מיקראאלגיע טענדירן צו וואקסן מיט אנגעהענגטע צוויי-דימענסיאנעלע נאנאסקאלן, וואס קענען ענדערן זייער מארפאלאגיע. באמערקענסווערט, מיר האבן אויך באמערקט די ענדערונגען אונטער ליכט מיקראסקאפיע (זעה SI פיגור S11 פאר דעטאלן). די מארפאלאגישע איבערגאנג האט א גלייבלעכע באזע אין דער פיזיאלאגיע פון ​​מיקראאלגיע און זייער מעגלעכקייט צו פארטיידיגן זיך דורך ענדערן צעל מארפאלאגיע, ווי למשל פארגרעסערן צעל וואליום61. דעריבער, איז וויכטיג צו קאנטראלירן די צאל מיקראאלגיע צעלן וואס זענען טאקע אין קאנטאקט מיט Nb-MXenes. SEM שטודיעס האבן געוויזן אז בערך 52% פון מיקראאלגיע צעלן זענען אויסגעשטעלט געווארן צו Nb-MXenes, בשעת 48% פון די מיקראאלגיע צעלן האבן פארמיטן קאנטאקט. פאר SL Nb4C3Tx MXene, פרובירן מיקראאלגיע צו פארמיידן קאנטאקט מיט MXene, דערמיט לאקאליזירנדיג און וואקסנדיג פון צוויי-דימענסיאנעלע נאנאסקאלן (פיג. 4ג). אָבער, מיר האָבן נישט באמערקט די דורכדרינגונג פון נאַנאָסקאַלעס אין מיקראָאַלדזשי צעלן און זייער שאָדן.
זעלבסט-פּרעזערוואַציע איז אויך אַ צייט-אָפּהענגיקע רעאַקציע-פאַרהאַלטן צו דער בלאָקאַדע פון ​​פאָטאָסינטעז צוליב דער אַדסאָרפּציע פון ​​פּאַרטיקלען אויף דער צעל-איבערפלאַך און דעם אַזוי גערופענעם שאַטן (שאַדינג) עפֿעקט62. עס איז קלאָר אַז יעדער אָביעקט (למשל, Nb-MXene נאַנאָפלעקס) וואָס איז צווישן די מיקראָאַלדזשי און דער ליכט-מקור באַגרענעצט די מאָס ליכט וואָס ווערט אַבזאָרבירט דורך די כלאָראָפּלאַסטן. אָבער, מיר האָבן קיין ספק נישט אַז דאָס האָט אַ באַדייטנדיקן השפּעה אויף די רעזולטאַטן וואָס ווערן באַקומען. ווי געוויזן דורך אונדזערע מיקראָסקאָפּישע אָבסערוואַציעס, זענען די 2D נאַנאָפלעקס נישט געווען גאָר איינגעוויקלט אָדער צוגעקלעפּט צו דער ייבערפלאַך פון די מיקראָאַלדזשי, אפילו ווען די מיקראָאַלדזשי צעלן זענען געווען אין קאָנטאַקט מיט Nb-MXenes. אַנשטאָט, האָבן זיך נאַנאָפלעקס אַרויסגעוויזן צו זיין אָריענטירט צו מיקראָאַלדזשי צעלן אָן צו דעקן זייער ייבערפלאַך. אַזאַ אַ סכום פון נאַנאָפלעקס/מיקראָאַלדזשי קען נישט באַדייטנדיק באַגרענעצן די מאָס ליכט וואָס ווערט אַבזאָרבירט דורך מיקראָאַלדזשי צעלן. דערצו, האָבן עטלעכע שטודיעס אפילו דעמאָנסטרירט אַ פֿאַרבעסערונג אין ליכט-אַבזאָרבציע דורך פאָטאָסינטעטישע אָרגאַניזמען אין דער בייַזייַן פון צוויי-דימענסיאָנאַלע נאַנאָמאַטעריאַלן63,64,65,66.
זינט SEM בילדער האבן נישט געקענט דירעקט באשטעטיגן די אויפנאמע פון ​​ניאביום דורך מיקראאלגיע צעלן, האט אונזער ווייטערדיגע שטודיע זיך געוואנדן צו X-שטראל פלוארעסצענץ (XRF) און X-שטראל פאטאעלעקטראן ספעקטראסקאפיע (XPS) אנאליז צו קלאר מאכן דעם ענין. דעריבער, האבן מיר פארגליכן די אינטענסיטעט פון די Nb שפיצן פון רעפערענץ מיקראאלגיע מוסטערן וואס האבן נישט אינטעראקטירט מיט MXenes, MXene נאנאפלייקעס וואס האבן זיך אפגעריסן פון דער ייבערפלאך פון מיקראאלגיע צעלן, און מיקראאלגיע צעלן נאך אראפנעמען די אנגעהענגטע MXenes. עס איז ווערט צו באמערקן אז אויב עס איז נישטא קיין Nb אויפנאמע, זאל דער Nb ווערט באקומען דורך די מיקראאלגיע צעלן זיין נול נאך אראפנעמען די אנגעהענגטע נאנאסקאלעס. דעריבער, אויב Nb אויפנאמע פאסירט, זאלן ביידע XRF און XPS רעזולטאטן ווייזן א קלארן Nb שפיץ.
אין פאַל פון XRF ספּעקטראַ, האָבן מיקראָאַלדזשי מוסטערן געוויזן Nb פּיקס פֿאַר SL Nb2CTx און Nb4C3Tx MXene נאָך אינטעראַקציע מיט SL Nb2CTx און Nb4C3Tx MXene (זען בילד 5a, באַמערקט אויך אַז די רעזולטאַטן פֿאַר MAX און ML MXenes ווערן געוויזן אין SI, בילדער S12–C17). אינטערעסאַנט, די אינטענסיטעט פון די Nb שפּיץ איז די זעלבע אין ביידע פאַלן (רויטע באַרס אין בילד 5a). דאָס האָט אָנגעוויזן אַז די אַלדזשי קען נישט אַבזאָרבירן מער Nb, און די מאַקסימום קאַפּאַציטעט פֿאַר Nb אַקיומיאַליישאַן איז דערגרייכט אין די סעלז, כאָטש צוויי מאָל מער Nb4C3Tx MXene איז געווען אַטאַטשט צו די מיקראָאַלדזשי סעלז (בלוי באַרס אין בילד 5a). באַמערקענסווערט, די פיייקייט פון מיקראָאַלדזשי צו אַבזאָרבירן מעטאַלן דעפּענדס אויף די קאַנסאַנטריישאַן פון מעטאַל אָקסיידן אין דער סביבה 67,68. שאַמשאַדאַ et al. 67 האָבן געפֿונען אַז די אַבזאָרבאַנט קאַפּאַציטעט פון זיסוואַסער אַלדזשי פאַרקלענערט זיך מיט ינקריסינג pH. רייזע און אנדערע 68 האבן באמערקט אז די מעגלעכקייט פון ים-גראָז צו אַבזאָרבירן מעטאַלן איז געווען בערך 25% העכער פֿאַר Pb2+ ווי פֿאַר Ni2+.
(א) XRF רעזולטאטן פון באַזאַלע Nb אויפנאַם דורך גרינע מיקראָאַלדזשי צעלן אינקובירט ביי אַן עקסטרעמע קאָנצענטראַציע פון ​​SL Nb-MXenes (100 מג L-1) פֿאַר 72 שעה. די רעזולטאַטן ווייַזן די בייַזייַן פון α אין ריין מיקראָאַלדזשי צעלן (קאָנטראָל מוסטער, גרויע קאָלומס), 2D נאַנאָפליקס אפגעזונדערט פון ייבערפלאַך מיקראָאַלדזשי צעלן (בלוי קאָלומס), און מיקראָאַלדזשי צעלן נאָך צעשיידונג פון 2D נאַנאָפליקס פון דער ייבערפלאַך (רויטע קאָלומס). די סומע פון ​​עלעמענטאַר Nb, (ב) פּראָצענט פון כעמישער זאַץ פון מיקראָאַלדזשי אָרגאַניק קאַמפּאָונאַנץ (C=O און CHx/C–O) און Nb אָקסיידן פאָרשטעלן אין מיקראָאַלדזשי צעלן נאָך אינקובאַציע מיט SL Nb-MXenes, (c–e) פּאַסיק פון די זאַץ שפּיץ פון XPS SL Nb2CTx ספּעקטראַ און (fh) SL Nb4C3Tx MXene אינטערנאַליזירט דורך מיקראָאַלדזשי צעלן.
דעריבער, האָבן מיר ערוואַרטעט אַז Nb קען אַבזאָרבירט ווערן דורך אַלדזשי צעלן אין דער פאָרעם פון אָקסיידן. צו פּרובירן דאָס, האָבן מיר דורכגעפירט XPS שטודיעס אויף MXenes Nb2CTx און Nb4C3TX און אַלדזשי צעלן. די רעזולטאַטן פון דער אינטעראַקציע פון ​​מיקראָאַלדזשי מיט Nb-MXenes און MXenes אפגעזונדערט פון אַלדזשי צעלן ווערן געוויזן אין פיגורן 5ב. ווי ערוואַרטעט, האָבן מיר דעטעקטירט Nb 3d שפּיצן אין די מיקראָאַלדזשי מוסטערן נאָך באַזייַטיקונג פון MXene פון דער ייבערפלאַך פון די מיקראָאַלדזשי. די קוואַנטיטאַטיווע באַשטימונג פון C=O, CHx/CO, און Nb אָקסיידן איז געווען קאַלקיאַלייטיד באַזירט אויף די Nb 3d, O 1s, און C 1s ספּעקטראַ באקומען מיט Nb2CTx SL (פיגור 5c–e) און Nb4C3Tx SL (פיגור 5c–e). ) באקומען פון אינקובירטע מיקראָאַלדזשי. פיגור 5f–h) MXenes. טאַבעלע S1-3 ווייזט די פרטים פון די שפּיץ פּאַראַמעטערס און קוילעלדיק כעמיע ריזאַלטינג פון די פּאַסיק. עס איז כדאי צו באמערקן אז די Nb 3d ראיאנען פון Nb2CTx SL און Nb4C3Tx SL (פיגור 5c, f) קארעספאנדירן צו איין Nb2O5 קאמפאנענט. דא האבן מיר נישט געפונען קיין MXene-פארבינדענע שפיצן אין די ספעקטרא, וואס ווייזט אז מיקראאלגיע צעלן אבסארבירן נאר די אקסייד פארעם פון Nb. דערצו האבן מיר אפראקסעמאטירט דעם C 1 s ספעקטרום מיט די C–C, CHx/C–O, C=O, און –COOH קאמפאנענטן. מיר האבן צוגעטיילט די CHx/C–O און C=O שפיצן צום ארגאנישן ביישטייער פון מיקראאלגיע צעלן. די ארגאנישע קאמפאנענטן מאכן אויס 36% און 41% פון די C 1s שפיצן אין Nb2CTx SL און Nb4C3TX SL, בהתאמה. מיר האבן דאן צוגעפאסט די O 1s ספעקטרא פון SL Nb2CTx און SL Nb4C3TX מיט Nb2O5, ארגאנישע קאמפאנענטן פון מיקראאלגיע (CHx/CO), און אייבערפלאך אדסארבירט וואסער.
צום סוף, די XPS רעזולטאַטן האָבן קלאָר אָנגעוויזן די פאָרעם פון Nb, נישט נאָר זיין בייַזייַן. לויט דער פּאָזיציע פון ​​די Nb 3d סיגנאַל און די רעזולטאַטן פון די דעקאָנוואַלושאַן, באַשטעטיקן מיר אַז Nb ווערט אַבזאָרבירט בלויז אין דער פאָרעם פון אָקסיידן און נישט יאָנען אָדער MXene אַליין. אין דערצו, XPS רעזולטאַטן האָבן געוויזן אַז מיקראָאַלגע צעלן האָבן אַ גרעסערע פיייקייט צו אויפנעמען Nb אָקסיידן פון SL Nb2CTx קאַמפּערד צו SL Nb4C3TX MXene.
כאָטש אונדזערע Nb אויפנעמע רעזולטאַטן זענען אימפּרעסיוו און לאָזן אונדז ידענטיפיצירן MXene דעגראַדאַציע, איז נישטאָ קיין מעטאָד בנימצא צו טראַקן פֿאַרבונדענע מאָרפאָלאָגישע ענדערונגען אין 2D נאַנאָפלאַקעס. דעריבער, האָבן מיר אויך באַשלאָסן צו אַנטוויקלען אַ פּאַסיק מעטאָד וואָס קען גלייך רעאַגירן צו קיין ענדערונגען וואָס פּאַסירן אין 2D Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס און מיקראָאַלדזשי צעלן. עס איז וויכטיק צו באַמערקן אַז מיר נעמען אָן אַז אויב די ינטעראַקטינג מינים דורכגיין קיין טראַנספאָרמאַציע, דעקאָמפּאָזיציע אָדער דעפראַגמענטאַציע, זאָל דאָס זיך שנעל מאַניפעסטירן ווי ענדערונגען אין פאָרעם פּאַראַמעטערס, אַזאַ ווי דער דיאַמעטער פון די עקוויוואַלענט קייַלעכדיק שטח, קייַלעכקייט, Feret ברייט, אָדער Feret לענג. זינט די פּאַראַמעטערס זענען פּאַסיק פֿאַר באַשרייַבן פֿאַרלענגערטע פּאַרטיקאַלז אָדער צוויי-דימענסיאָנאַלע נאַנאָפלאַקעס, וועט זייער טראַקינג דורך דינאַמיש פּאַרטיקל פאָרעם אַנאַליסיס אונדז געבן ווערטפול אינפֿאָרמאַציע וועגן די מאָרפאָלאָגישע טראַנספאָרמאַציע פון ​​SL Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס בעשאַס רעדוקציע.
די רעזולטאַטן באַקומען ווערן געוויזן אין פיגור 6. צום פאַרגלייַך, האָבן מיר אויך געטעסט די אָריגינעלע MAX פאַזע און ML-MXenes (זען SI פיגורן S18 און S19). דינאַמישע אַנאַליז פון פּאַרטיקל פאָרעם האט געוויזן אַז אַלע פאָרעם פּאַראַמעטערס פון צוויי Nb-MXene SLs האָבן זיך באַדייטנד געביטן נאָך ינטעראַקציע מיט מיקראָאַלדזשי. ווי געוויזן דורך די עקוויוואַלענט קייַלעכדיק שטח דיאַמעטער פּאַראַמעטער (פיגור 6a, b), די רידוסט שפּיץ אינטענסיטי פון די פראַקציע פון ​​גרויס נאַנאָפלאַקעס ינדיקייץ אַז זיי טענד צו פאַרפוילן אין קלענערער פראַגמאַנץ. אויף פיגור 6c, ד ווייזט אַ פאַרקלענערן אין די פּיקס פֿאַרבונדן מיט די טראַנסווערס גרייס פון די פלאַקעס (עלאָנגיישאַן פון די נאַנאָפלאַקעס), ינדיקייטינג די טראַנספאָרמאַציע פון ​​2D נאַנאָפלאַקעס אין אַ מער פּאַרטיקל-ווי פאָרעם. פיגור 6e-h ווייַזט די ברייט און לענג פון די Feret, ריספּעקטיוולי. Feret ברייט און לענג זענען קאַמפּלאַמענטשי פּאַראַמעטערס און זאָל דעריבער זיין באַטראַכט צוזאַמען. נאָך אינקובאַציע פון ​​2D Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס אין דער בייַזייַן פון מיקראָאַלדזשי, זייער Feret קאָרעלאַציע פּיקס האָבן זיך געביטן און זייער אינטענסיטי איז פאַרקלענערט. באַזירט אויף די רעזולטאַטן אין קאָמבינאַציע מיט מאָרפאָלאָגיע, XRF און XPS, האָבן מיר געשלאָסן אַז די באַאָבאַכטע ענדערונגען זענען שטאַרק פֿאַרבונדן מיט אָקסידאַציע, ווײַל אָקסידירטע MXenes ווערן מער פֿאַרקנייטשט און צעברעכן זיך אין פֿראַגמענטן און ספֿערישע אָקסייד פּאַרטיקלען69,70.
אנאליז פון MXene טראנספארמאציע נאך אינטעראקציע מיט גרינע מיקראאלדזשי. דינאמישע פארטיקל פארעם אנאליז נעמט אין באטראכט אזעלכע פאראמעטערס ווי (א, ב) דיאמעטער פון די עקוויוואלענטע קיילעכדיגע שטח, (ג, ד) קיילעכדיקייט, (ה, ו) פערעט ברייט און (ז, ח) פערעט לענג. צו דעם צוועק, צוויי רעפערענץ מיקראאלדזשי מוסטערן זענען אנאליזירט געווארן צוזאמען מיט ערשטיקע SL Nb2CTx און SL Nb4C3Tx MXenes, SL Nb2CTx און SL Nb4C3Tx MXenes, דעגראַדירטע מיקראאלדזשי, און באהאנדלט מיקראאלדזשי SL Nb2CTx און SL Nb4C3Tx MXenes. די רויטע פײַלן ווײַזן די איבערגאַנגען פון די פארעם פאראמעטערס פון די שטודירטע צוויי-דימענסיאָנאַלע נאַנאָפלאַקעס.
זינט פאָרעם פּאַראַמעטער אַנאַליז איז זייער פאַרלעסלעך, קען עס אויך אַנטדעקן מאָרפאָלאָגישע ענדערונגען אין מיקראָאַלדזשי צעלן. דעריבער, האָבן מיר אַנאַליזירט דעם עקוויוואַלענטן קייַלעכדיקן שטח דיאַמעטער, קייַלעכדיקקייט, און פערעט ברייט/לענג פון ריין מיקראָאַלדזשי צעלן און צעלן נאָך ינטעראַקציע מיט 2D Nb נאַנאָפלאַקעס. אויף פיג. 6a-h ווייַזן ענדערונגען אין די פאָרעם פּאַראַמעטערס פון אַלדזשי צעלן, ווי באַוויזן דורך אַ פאַרקלענערן אין שפּיץ אינטענסיטי און אַ יבעררוק פון מאַקסימאַז צו העכערע ווערטן. אין באַזונדער, צעל קייַלעכדיקקייט פּאַראַמעטערס האָבן געוויזן אַ פאַרקלענערן אין פאַרלענגערטע צעלן און אַ פאַרגרעסערונג אין ספערישע צעלן (פיג. 6a, b). אין דערצו, פערעט צעל ברייט געוואקסן מיט עטלעכע מיקראָמעטערס נאָך ינטעראַקציע מיט SL Nb2CTx MXene (פיג. 6e) קאַמפּערד צו SL Nb4C3TX MXene (פיג. 6f). מיר כאָשעד אַז דאָס קען זיין רעכט צו דער שטאַרקער אַפּטייק פון Nb אָקסיידז דורך מיקראָאַלדזשי נאָך ינטעראַקציע מיט Nb2CTx SR. ווייניקער שטרענג אַטאַטשמאַנט פון Nb פלאַקעס צו זייער ייבערפלאַך קען רעזולטאַט אין צעל וווּקס מיט מינימאַל שאַטינג ווירקונג.
אונדזערע אבזערוואציעס פון ענדערונגען אין די פאראמעטערס פון דער פארעם און גרייס פון מיקראאלדזשי קאמפלעמענטירן אנדערע שטודיעס. גרינע מיקראאלדזשי קענען ענדערן זייער מארפאלאגיע אין רעאקציע צו סביבה'דיקן דרוק דורך ענדערן צעל גרייס, פארעם אדער מעטאבאליזם61. למשל, ענדערן די גרייס פון צעלן פארלייכטערט די אבסארפציע פון ​​נוטריענטן71. קלענערע אַלדזשי צעלן ווייזן א נידעריגערע נוטריענט אויפנעמונג און א פארמינערטע וואוקס ראטע. פארקערט, גרעסערע צעלן טענדירן צו פארברויכן מער נוטריענטן, וועלכע ווערן דאן דעפאזיטירט אינטראַצעלולאר72,73. מאַטשאַדאָ און סאָאַרעס האבן געפונען אז דער פונגיציד טריקלאָסאַן קען פארגרעסערן צעל גרייס. זיי האבן אויך געפונען טיפע ענדערונגען אין דער פארעם פון די אַלדזשי74. דערצו, יין און אנדערע9 האבן אויך אנטפלעקט מארפאלאגישע ענדערונגען אין אַלדזשי נאך אויסשטעלונג צו רעדוצירטע גראפען אקסייד נאַנאָקאָמפּאָסיטן. דעריבער, איז עס קלאר אז די געענדערטע גרייס/פארעם פאראמעטערס פון די מיקראאלדזשי ווערן געפֿירט דורך דער אנוועזנהייט פון MXene. זינט די ענדערונג אין גרייס און פארעם איז אן אנווייזונג פון ענדערונגען אין נוטריענט אויפנעמונג, גלויבן מיר אז אנאליז פון גרייס און פארעם פאראמעטערס איבער צייט קען ווייזן אויפנעמונג פון ניאָביום אקסייד דורך מיקראאלדזשי אין דער אנוועזנהייט פון Nb-MXenes.
דערצו קענען MXenes אקסידירט ווערן אין דער אנוועזנהייט פון אַלדזשי. דאַלאַי און אַנדערע 75 האָבן באמערקט אַז די מאָרפאָלאָגיע פון ​​גרינע אַלדזשי אויסגעשטעלט צו נאַנאָ-TiO2 און Al2O376 איז נישט געווען איינהייטלעך. כאָטש אונדזערע אָבסערוואַציעס זענען ענלעך צו דער איצטיקער שטודיע, איז עס נאָר באַטייַטיק צו דער שטודיע פון ​​די ווירקונגען פון ביאָרעמעדיאַציע אין טערמינען פון MXene דעגראַדאַציע פּראָדוקטן אין דער אנוועזנהייט פון 2D נאַנאָפלאַקעס און נישט נאַנאָפּאַרטיקלען. זינט MXenes קענען דעגראַדירן אין מעטאַל אָקסיידן,31,32,77,78 איז עס גלייַך צו אָננעמען אַז אונדזערע Nb נאַנאָפלאַקעס קענען אויך פאָרמען Nb אָקסיידן נאָך ינטעראַקטינג מיט מיקראָאַלדזשי סעלז.
כּדי צו דערקלערן די רעדוקציע פון ​​2D-Nb נאַנאָפלאַקעס דורך אַ דעקאָמפּאָזיציע מעקאַניזאַם באַזירט אויף דעם אַקסאַדיישאַן פּראָצעס, האָבן מיר דורכגעפירט שטודיעס מיט הויך-רעזאָלוציע טראַנסמיסיע עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע (HRTEM) (פיגור 7a,b) און X-שטראַל פאָטאָעלעקטראָן ספּעקטראָסקאָפּיע (XPS) (פיגור 7). 7c-i און טאַבעלעס S4-5). ביידע צוגאַנגען זענען פּאַסיק פֿאַר שטודירן די אַקסאַדיישאַן פון 2D מאַטעריאַלן און קאָמפּלעמענטירן איינער דעם אַנדערן. HRTEM איז ביכולת צו אַנאַליזירן די דעגראַדאַציע פון ​​צוויי-דימענסיאָנאַלע שיכטן סטרוקטורן און די דערנאָך אויסזען פון מעטאַל אָקסייד נאַנאָפּאַרטיקלען, בשעת XPS איז סענסיטיוו צו ייבערפלאַך בונדן. פֿאַר דעם צוועק, האָבן מיר טעסטעד 2D Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס עקסטראַקטעד פון מיקראָאַלדזשי צעל דיספּערזשאַנז, דאָס הייסט, זייער פאָרעם נאָך ינטעראַקשאַן מיט מיקראָאַלדזשי צעלן (זען פיגור 7).
HRTEM בילדער וואָס ווײַזן די מאָרפאָלאָגיע פון ​​אָקסידירטע (אַ) SL Nb2CTx און (ב) SL Nb4C3Tx MXenes, XPS אַנאַליז רעזולטאַטן וואָס ווײַזן (c) די קאָמפּאָזיציע פון ​​אָקסייד פּראָדוקטן נאָך רעדוקציע, (d–f) שפּיץ מאַטשינג פון קאָמפּאָנענטן פון די XPS ספּעקטראַ פון SL Nb2CTx און (g–i) Nb4C3Tx SL ריפּערד מיט גרינע מיקראָאַלדזשי.
HRTEM שטודיעס האבן באשטעטיקט די אקסידאציע פון ​​צוויי טיפן Nb-MXene נאנאפלעקן. כאטש די נאנאפלעקן האבן ביז א געוויסן גראד אנגעהאלטן זייער צוויי-דימענסיאנעלע מארפאלאגיע, האט אקסידאציע רעזולטירט אין דעם אויסזען פון אסאך נאנא-פארטיקלען וואס דעקן די ייבערפלאך פון די MXene נאנאפלעקן (זעה בילד 7a,b). XPS אנאליז פון c Nb 3d און O 1s סיגנאלן האט געוויזן אז Nb אקסיידן זענען געשאפן געווארן אין ביידע פעלער. ווי געוויזן אין בילד 7c, האבן 2D MXene Nb2CTx און Nb4C3TX Nb 3d סיגנאלן וואס ווייזן די אנוועזנהייט פון NbO און Nb2O5 אקסיידן, בשעת O 1s סיגנאלן ווייזן די צאל O–Nb בונדן פארבונדן מיט פונקציאנאליזאציע פון ​​די 2D נאנאפלעק ייבערפלאך. מיר האבן באמערקט אז דער Nb אקסייד ביישטייער איז דאמינאנט קאמפערד צו Nb-C און Nb3+-O.
אויף פיגור. פיגורן 7ג-י ווייזן די XPS ספּעקטראַ פון Nb3d, C1s, און O1s SL Nb2CTx (זעה פיגורן 7ד-ו) און SL Nb4C3TX MXene אפגעזונדערט פון מיקראָאַלדזשי צעלן. פרטים פון Nb-MXenes שפּיץ פּאַראַמעטערס זענען צוגעשטעלט אין טאַבעלעס S4-5, ריספּעקטיוולי. מיר האָבן ערשט אַנאַליזירט די קאָמפּאָזיציע פון ​​Nb3d. אין קאַנטראַסט צו Nb אַבזאָרבירט דורך מיקראָאַלדזשי צעלן, אין MXene אפגעזונדערט פון מיקראָאַלדזשי צעלן, חוץ Nb2O5, זענען אַנדערע קאָמפּאָנענטן געפֿונען געוואָרן. אין די Nb2CTx SL, האָבן מיר באמערקט דעם בייַשטייַער פון Nb3+-O אין דער סומע פון ​​15%, בשעת די רעשט פון די Nb3d ספּעקטרום איז געווען דאָמינירט דורך Nb2O5 (85%). אין דערצו, די SL Nb4C3TX מוסטער כּולל Nb-C (9%) און Nb2O5 (91%) קאָמפּאָנענטן. דא קומט Nb-C פון צוויי אינערליכע אטאמישע שיכטן פון מעטאל קארבייד אין Nb4C3Tx SR. מיר מאַפּירן דעמאָלט די C 1s ספּעקטראַ צו פיר פֿאַרשידענע קאָמפּאָנענטן, ווי מיר האָבן געטאָן אין די אינטערנאַליזירטע מוסטערן. ווי געריכט, ווערט דער C 1s ספּעקטרום דאָמינירט דורך גראַפֿיטישן קוילן־שטאָף, נאכגעפאָלגט דורך ביישטייערונגען פֿון אָרגאַנישע פּאַרטיקלען (CHx/CO און C=O) פֿון מיקראָאַלדזשי צעלן. דערצו, אין דעם O 1s ספּעקטרום, האָבן מיר באַאָבאַכטעט דעם ביישטייער פֿון אָרגאַנישע פֿאָרמען פֿון מיקראָאַלדזשי צעלן, ניאָביום אָקסייד, און אַדסאָרבירט וואַסער.
דערצו, האבן מיר אויסגעפארשט צי די צעשפּאַלטונג פון Nb-MXenes איז פארבונדן מיטן אנוועזנהייט פון רעאַקטיווע זויערשטאָף מינים (ROS) אין דעם נוטריאַנט מעדיום און/אָדער מיקראָאַלדזשי צעלן. צו דעם צוועק, האבן מיר אָפּגעשאַצט די לעוועלס פון סינגלעט זויערשטאָף (1O2) אין דעם קולטור מעדיום און ינטראַסעלולאַר גלוטאַטהיאָן, אַ טיאָל וואָס אַקט ווי אַן אַנטיאַקסאַדאַנט אין מיקראָאַלדזשי. די רעזולטאַטן ווערן געוויזן אין SI (פיגורן S20 און S21). קולטורן מיט SL Nb2CTx און Nb4C3TX MXenes זענען געווען קעראַקטעריזירט דורך אַ פאַרקלענערטע סומע פון ​​1O2 (זען פיגור S20). אין פאַל פון SL Nb2CTx, איז MXene 1O2 פאַרקלענערט צו בערך 83%. פֿאַר מיקראָאַלדזשי קולטורן וואָס נוצן SL, איז Nb4C3TX 1O2 נאָך מער פאַרקלענערט געוואָרן, צו 73%. אינטערעסאַנט, ענדערונגען אין 1O2 האָבן געוויזן די זעלבע טענדענץ ווי דער פריער באמערקטער אינהיביטאָריש-סטימולאַטאָרישער ווירקונג (זען פיג. 3). מען קען טענה'ן אַז אינקובאַציע אין העל ליכט קען ענדערן פאָטאָאַקסאַדיישאַן. אבער, די רעזולטאטן פון דער קאנטראל אנאליז האבן געוויזן כמעט קאנסטאנטע לעוועלס פון 1O2 בעת דעם עקספערימענט (פיגור S22). אין פאל פון אינטראסעלולארע ROS לעוועלס, האבן מיר אויך באמערקט די זעלבע אראפגייענדיקע טענדענץ (זעה פיגור S21). אנפאנגס, האבן די לעוועלס פון ROS אין מיקראאלגיע צעלן קולטיווירט אין דער אנוועזנהייט פון Nb2CTx און Nb4C3Tx SLs איבערגעשטיגן די לעוועלס געפונען אין ריינע קולטורן פון מיקראאלגיע. עווענטועל, אבער, האט עס ארויסגעוויזן אז די מיקראאלגיע האבן זיך צוגעפאסט צו דער אנוועזנהייט פון ביידע Nb-MXenes, ווען ROS לעוועלס זענען געפאלן צו 85% און 91% פון די לעוועלס געמאסטן אין ריינע קולטורן פון מיקראאלגיע אינאקולירט מיט SL Nb2CTx און Nb4C3TX, בהתאמה. דאס קען ווייזן אז מיקראאלגיע פילן זיך באקוועמער מיט דער צייט אין דער אנוועזנהייט פון Nb-MXene ווי אין נוטריענט מעדיום אליין.
מיקראָאַלדזשי זענען אַ פֿאַרשיידענע גרופּע פֿון פֿאָטאָסינטעטישע אָרגאַניזמען. בעת פֿאָטאָסינטעז, פֿאַרוואַנדלען זיי אַטמאָספֿערישן קוילן דייאַקסייד (CO2) אין אָרגאַנישן קוילן. די פּראָדוקטן פֿון פֿאָטאָסינטעז זענען גלוקאָזע און זויערשטאָף79. מיר פֿאַרדעכטיקן אַז דער זויערשטאָף וואָס ווערט אַזוי געשאַפֿן שפּילט אַ קריטישע ראָלע אין דער אָקסידאַציע פֿון Nb-MXenes. איין מעגלעכע דערקלערונג דערפֿאַר איז אַז דער דיפֿערענציעלער אַעראַציע פּאַראַמעטער ווערט געשאַפֿן ביי נידעריקע און הויכע טיילווײַזע דרוקן פֿון זויערשטאָף אַרויס און אינעווייניק פֿון די Nb-MXene נאַנאָפֿלעיקס. דאָס מיינט אַז וווּ עס זענען געביטן מיט פֿאַרשידענע טיילווײַזע דרוקן פֿון זויערשטאָף, וועט דער געגנט מיטן נידעריקסטן לעוועל שאַפֿן די אַנאָדע 80, 81, 82. דאָ, ביישטייערן די מיקראָאַלדזשי צו דער שאַפֿונג פֿון דיפֿערענציעל אַערירטע צעלן אויף דער ייבערפֿלאַך פֿון די MXene פֿלעיקס, וואָס פּראָדוצירן זויערשטאָף צוליב זייערע פֿאָטאָסינטעטישע אייגנשאַפֿטן. אַלס רעזולטאַט ווערן געשאַפֿן ביאָקאָראָזיע פּראָדוקטן (אין דעם פֿאַל, ניאָביום אָקסיידן). נאָך אַספּעקט איז אַז מיקראָאַלדזשי קענען פּראָדוצירן אָרגאַנישע זויערן וואָס ווערן אַרויסגעלאָזט אין וואַסער83,84. דעריבער ווערט געשאַפֿן אַן אַגרעסיווע סביבה, דערמיט ענדערנדיק די Nb-MXenes. דערצו קענען מיקראָאַלדזשי ענדערן דעם pH פון דער סביבה צו אַלקאַליש צוליב דער אַבזאָרפּציע פון ​​קוילן דייאַקסייד, וואָס קען אויך פאַראורזאַכן קעראָוזשאַן79.
נאך וויכטיגער, די טונקל/ליכט פאטא-פעריאד וואס מיר האבן גענוצט אין אונזער שטודיע איז קריטיש צו פארשטיין די רעזולטאטן וואס מיר האבן באקומען. דעם אספעקט ווערט דעטאלירט באשריבן אין דזשעמאי-זאגלאכע עט אל. 85 זיי האבן באוואוסטזיניק גענוצט א 12/12 שעה פאטא-פעריאד צו דעמאנסטרירן ביא-קעראזיע פארבונדן מיט ביא-פארפוילונג דורך די רויטע מיקרא-אלגע Porphyridium purpureum. זיי ווייזן אז די פאטא-פעריאד איז פארבונדן מיט דער עוואלוציע פון ​​דעם פאטענציאל אן ביא-קעראזיע, וואס מאניפעסטירט זיך אלס פסעוודא-פעריאדישע אסצילאציעס ארום 24:00. די אבזערוואציעס זענען באשטעטיקט געווארן דורך דאולינג עט אל. 86 זיי האבן דעמאנסטרירט פאטאסינטעטישע ביאפילמען פון ציאנאבאקטעריע אנאבענא. אויפגעלייזטער זויערשטאף ווערט געשאפן אונטער דער אקציע פון ​​ליכט, וואס איז פארבונדן מיט א ענדערונג אדער פלוקטואציעס אין דעם פרייען ביא-קעראזיע פאטענציאל. די וויכטיקייט פון דעם פאטא-פעריאד ווערט אונטערגעשטראכן דורך דעם פאקט אז דער פרייער פאטענציאל פאר ביא-קעראזיע פארגרעסערט זיך אין דער ליכטיקער פאזע און פארמינערט זיך אין דער טונקעלער פאזע. דאָס איז צוליב דעם זויערשטאָף וואָס ווערט פּראָדוצירט דורך פאָטאָסינטעטישע מיקראָאַלדזשי, וואָס השפּעהט אויף דער קאַטאָדישער רעאַקציע דורך דעם טיילווייזן דרוק וואָס ווערט גענערירט לעבן די עלעקטראָדן87.
דערצו, איז דורכגעפירט געווארן א פוריער טראנספארם אינפרארעד ספעקטראסקאפיע (FTIR) צו אויסגעפינען אויב עס זענען פארגעקומען ענדערונגען אין דער כעמישער צוזאמענשטעלונג פון מיקראאלגיע צעלן נאך אינטעראקציע מיט Nb-MXenes. די באקומענע רעזולטאטן זענען קאמפלעקס און מיר פרעזענטירן זיי אין SI (פיגורן S23-S25, אריינגערעכנט די רעזולטאטן פון די MAX סטאַגע און ML MXenes). אין קורצן, די באקומענע רעפערענץ ספעקטרא פון מיקראאלגיע געבן אונז וויכטיגע אינפארמאציע וועגן די כעמישע אייגנשאפטן פון די ארגאניזמען. די מערסט ווארשיינליכע ווייבראציעס געפינען זיך ביי פרעקווענצן פון 1060 cm-1 (CO), 1540 cm-1, 1640 cm-1 (C=C), 1730 cm-1 (C=O), 2850 cm-1, 2920 cm-1.11 (C–H) און 3280 cm–1 (O–H). פאר SL Nb-MXenes, האבן מיר געפונען א CH-בונד אויסשטרעקונג סיגנאטור וואס איז קאנסיסטענט מיט אונזער פריערדיגע שטודיע38. אבער, מיר האבן באמערקט אז עטלעכע נאָך שפּיצן פארבונדן מיט C=C און CH בונדן זענען פארשוואונדן. דאָס ווײַזט אָן אַז די כעמישע צוזאַמענשטעלונג פון מיקראָאַלדזשי קען דורכגיין קליינע ענדערונגען צוליב אינטעראַקציע מיט SL Nb-MXenes.
ווען מען באטראכט מעגלעכע ענדערונגען אין דער ביאָכעמיע פון ​​מיקראָאַלדזשי, דאַרף מען איבערטראַכטן די אַקומולאַציע פון ​​נישט-אָרגאַנישע אָקסיידן, ווי ניאָביום אָקסייד 59. עס איז ינוואַלווד אין דער אויפנאַם פון מעטאַלן דורך דער צעל-אויבערפלאַך, זייער טראַנספּאָרט אין דעם ציטאָפּלאַזמע, זייער פֿאַרבינדונג מיט ינטראַסעלולאַר קאַרבאָקסיל גרופּעס, און זייער אַקומולאַציע אין מיקראָאַלדזשי פּאָליפאָספאָסאָמעס 20,88,89,90. דערצו, די שייכות צווישן מיקראָאַלדזשי און מעטאַלן ווערט אויפגעהאלטן דורך פונקציאָנעלע גרופּעס פון צעלן. פֿאַר דעם סיבה, דעפּענדס אַבזאָרפּציע אויך אויף מיקראָאַלדזשי אויבערפלאַך כעמיע, וואָס איז גאַנץ קאָמפּליצירט 9,91. בכלל, ווי געריכט, האָט זיך די כעמישע קאָמפּאָזיציע פון ​​גרינע מיקראָאַלדזשי אַ ביסל געביטן רעכט צו דער אַבזאָרפּציע פון ​​ניאָביום אָקסייד.
אינטערעסאנט, די באאבאכטעטע ערשטע אינהיביציע פון ​​מיקראָאַלדזשי איז געווען ריווערסאַבאַל מיט דער צייט. ווי מיר האָבן באמערקט, האָבן די מיקראָאַלדזשי איבערגעקומען די ערשטע ענווייראָנמענטאַלע ענדערונג און עווענטועל צוריקגעקומען צו נאָרמאַלע וואוקס ראַטעס און אפילו געוואקסן. שטודיעס פון די זעטאַ פּאָטענציעל ווייַזן הויך סטאַביליטעט ווען ינטראָודוסט אין נוטריאַנט מעדיע. אזוי, די ייבערפלאַך ינטעראַקשאַן צווישן מיקראָאַלדזשי סעלז און Nb-MXene נאַנאָפלאַקעס איז מיינטיינד איבער די רעדוקציע עקספּערימענטן. אין אונדזער ווייטערדיקער אַנאַליז, סאַמערייזן מיר די הויפּט מעקאַניזאַמז פון קאַמף וואָס ליגן אונטער דעם באַמערקונגסווערטן נאַטור פון מיקראָאַלדזשי.
SEM אבזערוואציעס האבן געוויזן אז מיקראאלדזשי טענדן זיך צו באפעסטיקט צו Nb-MXenes. ניצנדיג דינאמישע בילד אנאליז, באשטעטיגן מיר אז דאס עפעקט פירט צו דער טראנספארמאציע פון ​​צוויי-דימענסיאנעלע Nb-MXene נאנאפלעקן אין מער ספערישע פארטיקלען, דערמיט דעמאנסטרירנדיג אז די דעקאמפאזיציע פון ​​נאנאפלעקן איז פארבונדן מיט זייער אקסידאציע. צו טעסטן אונזער היפאטעזע, האבן מיר דורכגעפירט א סעריע פון ​​מאטעריאל און ביאָכעמישע שטודיעס. נאך טעסטן, האבן די נאנאפלעקן זיך ביסלעכווייז אקסידירט און דעקאמפאזירט אין NbO און Nb2O5 פראדוקטן, וואס האבן נישט געשטעלט א סכנה פאר גרינע מיקראאלדזשי. ניצנדיג FTIR אבזערוואציע, האבן מיר נישט געפונען קיין באדייטנדע ענדערונגען אין דער כעמישער צוזאמענשטעלונג פון מיקראאלדזשי אינקובירט אין דער אנוועזנהייט פון 2D Nb-MXene נאנאפלעקן. נעמענדיג אין באטראכט די מעגלעכקייט פון אבסארפציע פון ​​ניאביום אקסייד דורך מיקראאלדזשי, האבן מיר דורכגעפירט אן X-שטראל פלוארעסענס אנאליז. די רעזולטאטן ווייזן קלאר אז די שטודירטע מיקראאלדזשי עסן ניאביום אקסיידן (NbO און Nb2O5), וואס זענען נישט-טאקסיש פאר די שטודירטע מיקראאלדזשי.