Nano Letters：具有三功能層的管狀微型機器人能吸收鉛凈化污水

插圖為石墨烯氧化物微型機器人（簡稱GOx-microbots）自行吸收廢水中的鉛。

材料牛注：一項新的研究表明，成千上萬比人類頭發寬度還小的微型機器人，可以吸收、去除工業廢水中的有毒重金屬。研究人員表示這種微型機器人能夠每小時去除污水中95%的鉛，并且多次循環使用，這或許可以成為一種更經濟有效去除重金屬的方法。

當今社會中電池和電子產品的制造,以及采礦和電鍍這類工業活動導致了水資源的重金屬污染。這些重金屬主要包括鉛、砷、汞、鎘、鉻，它們對生物體和環境構成了極大地安全隱患。在不產生額外的污染的前提下，鎖定并去除污染物，這將會是對生態系統修復極為有利的研究方向，近期Diana Vilela 等研究人員在《Nano Letters》發表了一篇有關微型機器人除鉛的論文。

在論文中，研究人員特別關注一種能從廢水吸除鉛的具有三功能層的管狀微型機器人。這種微型機器人的結構主要有：外層是石墨烯氧化層，可以直接吸附水中的鉛。中間層是鎳，為了使微型機器人呈現鐵磁性，從而在工作時通過外部磁場調控他們的運動方向。內層是鉑，為微型機器人在水中自我驅動提供動力。當把過氧化氫添加到廢水中時，鉑將過氧化氫分解為水和氧氣的微氣泡,并從微型機器人后側將微氣泡噴出，以此推動自身前進。

當微型機器人吸附完鉛之后，用磁場引導他們離開污水并聚集在一起。然后將微型機器人放在酸性溶液中使他們與鉛離子分離。分離得到的鉛留待日后回收，循環利用。與鉛離子分離后的微型機器人還可以再次利用。

研究人員表示，未來還可以嘗試使用微型機器人來處理其他污染物，并朝著降低制造成本與大批量生產的方向前進。機器人自我運動能力與功能層的組合也為類似的設計提供了很好的思路，例如藥物輸送以及傳感領域的應用。

圖1：GOx-microbots進行鉛凈化與回收的方案。(A)圖表示凈化污水的GOx-microbots是由電沉積的納米層的石墨烯氧化物(氣態氧)外層,Pt /鎳層,鎳磁中層,Pt催化內層組成。鉛離子的凈化策略可以由兩種不同的技術: GOx-microbots在過氧化氫中的自航或在外部旋轉磁場中的引航。(B)圖表示GOx-microbots在酸性介質中與鉛離子分離。

圖2：GOx-microbots性能 :(A)掃描電鏡圖片說明:(1)GOx-microbots金層,(2)單個GOx-microbot結構,(3)GOx-microbot表面的高倍成像。(B) GOx-microbots的彌散X譜（簡稱EDX）(插圖: GOx-microbot中 Pt的 EDX)。(C) GOx-microbots表面的拉曼光譜,D和G特征的氧化石墨烯。(插圖是GOx-microbots的拉曼光譜分析)。(D)對 GOx-microbots進行拉曼掃描，以此確認微型機器人表面全部覆蓋了石墨烯 (見插圖:圖像的氧化石墨烯/ Ni / Pt管和掃描路徑(紅線)的分析)。(E) GOx-microbots 的XPS譜顯示O 1 s和C 1 s的峰。(F)高分辨率GOx-microbots的C 1 s .XPS譜顯示出表面所含各種官能團。

該研究成果近期發表在Nano Letters?論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b00768

感謝材料人編輯張文博提供素材。