活性氧物种是一组化学活性非常活泼的含氧分子或自由基，包括羟基自由基、超氧自由基、单线态氧、过氧化氢等。它们在新陈代谢、信号传输、老年退行性疾病致病机理、癌症治疗等生物体系中扮演着重要角色。近年来，许多纳米结构表现出独特的活性氧物种产生或清除能力，引起众多科学家的研究兴趣，比如活性氧物种和光生载流子的生成被认为是半导体纳米结构光化学和光生物活性的内在原因。因此各种活性氧物种的准确测定对于理解活性氧物种相关的纳米生物和环境效应及其作用机理具有重要意义。    

由于活性氧物种反应活性高、寿命极短、且经常共存同一体系，因此对它们的准确和单独测定是一个挑战性难题。研究所教师何伟伟、贾会敏、李品将与郑直教授与美国FDA合作建立了一种能够预测和准确测定半导体微纳米结构活性氧物种的理论和实验模型，该模型的理论是基于半导体的能带结构和各种活性物种的电化学还原电势，实验技术基于电子自旋共振波谱方法（自旋捕获和自旋标记方法）结合直接捕获和间接清除技术。利用该模型体系，他们成功地证明和比较了四种不同硫化物微纳米结构产生活性氧物种的能力：在光辐射作用下，ZnS能够同时产生羟基自由基、超氧自由基、单线态氧，CdS同时产生超氧自由基和单线态氧，In2S3只产生超氧自由基，而Bi2S3不产生ROS。电子自旋共振波谱实验结果与预测结果完全吻合。此外，此方法还可以用于光生电子反应活性的测定。这些结果揭示了不同硫化物之间光催化氧化和光催化还原活性差异的内在本质。相关研究成果日前发表在催化领域领头杂志《Journal of Catalysis》(Weiwei He, HuiminJia, Wayne G. Wamerc, Zhi Zheng*, Pinjiang Li, John H. Callahan, Jun-Jie Yin*, Journal of Catalysis, 320 (2014) 97–105).并申请国家发明专利一项（专利申请号：201410083333.5）。    

本工作建立的模型体系同样适用于其他金属氧化物、金属有机骨架和有机半导体等结构，将会对活性纳米材料的设计和筛选具有重要指导意义。该研究工作得到了国家自然科学基金、河南省高校科技创新人才和河南省科技创新杰出青年基金的支持。    

附全文链接：    

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951714002814

Figure1：The framework based on combining theoretical and ESR analyses